Par Dyna Whiting, mis à jour le 24 mars 2022
Un spectromètre est un instrument de précision qui analyse la lumière émise, absorbée ou diffusée par une substance. En mesurant l'intensité de la lumière sur différentes longueurs d'onde, il révèle la composition élémentaire et moléculaire de matériaux allant des échantillons de laboratoire aux étoiles lointaines.
Tous les spectromètres partagent trois composants essentiels :une source de lumière, un élément dispersif (tel qu'un prisme ou un réseau de diffraction) et un détecteur. La lumière de l’échantillon est dirigée à travers l’élément dispersif, qui répartit les longueurs d’onde dans un spectre. Le détecteur enregistre l'intensité de chaque longueur d'onde, produisant un spectre qui sert de signature unique à la substance.
Le concept d'analyse spectrale remonte à 300 avant JC, lorsqu'Euclide étudiait les miroirs sphériques. En 1672, Isaac Newton a inventé le terme « spectre » après avoir divisé la lumière du soleil avec un prisme. Les premiers spectromètres pratiques sont apparus au début du XIXe siècle, utilisant une fente étroite et une lentille pour projeter un spectre réfléchi par un prisme sur un tube. Les instruments modernes ont évolué pour devenir des appareils hautement automatisés, contrôlés par ordinateur, capables d'effectuer des analyses rapides et à haute résolution.
La configuration d’un spectromètre est simple. Après la mise sous tension et après avoir permis à l'instrument d'atteindre l'équilibre thermique, un échantillon de référence connu est introduit pour calibrer l'échelle de longueur d'onde. Une fois calibré, l’échantillon testé, souvent vaporisé dans une cellule chauffée, est analysé. Le spectre résultant est comparé aux bibliothèques de référence pour identifier les constituants inconnus. Pour les applications astronomiques, l'appareil est alimenté en lumière provenant de sources célestes, permettant l'étude des compositions stellaires et interstellaires.
Lorsqu'un échantillon est chauffé ou excité, ses atomes et molécules émettent ou absorbent des photons à des longueurs d'onde caractéristiques. Le spectromètre capture ces photons et, par dispersion, les sépare en un spectre. En faisant correspondre les raies spectrales observées à des longueurs d'onde connues, les scientifiques peuvent déduire quels éléments ou composés sont présents et en quelles quantités.
Les spectromètres sont indispensables dans de nombreux domaines scientifiques :
À mesure que la technologie progresse, les spectromètres deviennent plus petits, plus rapides et plus précis, élargissant ainsi leur impact dans la recherche et l'industrie.
Les développements en cours se concentrent sur les spectromètres portables pour le travail sur le terrain, l'intégration avec l'intelligence artificielle pour l'analyse automatisée et l'utilisation de détecteurs de points quantiques pour étendre la sensibilité dans les plages ultraviolette et infrarouge.