Lorsque l'on chauffe un corps, celui-ci émet parfois de la lumière : c'est la cas des ampoules à incandescence. Vous avez sans doute déjà observé une bougie. Lors de cette observation, vous avez remarqué que le bas de la flamme était bleue, alors que le haut de celle-ci était jaune-orangé. On sait depuis longtemps pourquoi : la température de la flamme est plus élevée en bas qu'en haut. On peut d'ailleurs savoir la température d'un four en fonction de la couleur des braises dans celui-ci : une méthode bien connue des verriers. Mais pourquoi un corps chaud émet une couleur différente selon sa température ?

La température d'une flammeLa température d'une flamme

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Gustav Kirchoff

Cette question, quelqu'un se l'est posée et a décidé d'y trouver une réponse. Cette personne était un prussien (la Prusse est l'actuelle Allemagne) nommé Gustav Kirchhoff. Pendant un soir d'hiver, celui se reposait devant sa cheminée. En effet, à l'époque, en 1859 plus exactement, le seul moyen de chauffage était le bois. Comme les physiciens ne peuvent tenir sans se poser des problèmes, Kirchoff s'est demandé pourquoi la couleur des braises évoluait selon leur température.

Celui-ci décide donc d'étudier ce phénomène lié à la chaleur. Pour étudier un phénomène, il faut au préalable l'isoler. Dans notre cas, pour étudier les longueurs d'ondes émises par un corps chaud, il faut que notre capteur de prélève que les longueurs d'onde émises par le corps, et non celles d'autres émetteurs de radiations électromagnétiques, celles du soleil par exemple.

Notion de Corps noir

Pour cela, Kirchoff imagine en 1862 un matériau (ou plutôt un groupe de matériaux ayant les mêmes propriétés) appelé corps noir. C'est un matériau idéal qui absorberait toute forme de radiation lumineuse. Expliquons :
Lorsque de la lumière arrive sur un corps, plusieurs choses peuvent se passer :

  • Soit la lumière est réfléchie par le corps

  • Soit la lumière est transmise par le corps, elle passe à travers

  • Soit la lumière est absorbée par le corps, elle est transformée, souvent en chaleur

Réflexion

Transmission

Absorption

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Le corps noir absorbe toutes les radiations lumineuses, donc à froid, il apparait noir (d'où son nom). Logique car il n'émet ou ne réfléchit ni ne transmet de la lumière. La seule manière de changer la couleur de ce corps noir est de le faire chauffer pour qu'il émettre de la lumière directement. Si on mesure les radiations émises par le corps noir, on peut être sûr que le résultat n'aura pas d'impuretés liées à la lumière soleil par exemple.

Expérience de Kirchoff

Kirchoff décide de créer d'utiliser comme corps noir l'intérieur d'un four dont les parois seraient complétement opaques.

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Kirchoff a fait chauffer l'intérieur de toute une série de fours, mais à chaque fois, il a trouvé les mêmes résultats : quel que soit le corps noir employé, pour une même température, on retrouve les mêmes couleurs. Kirchoff s'est dit que ces similitudes devaient avoir un lien avec la forme du four, alors il effectua les mêmes expériences avec des fours de forme différente. Là encore, pas de changement : la couleur d'un corps chaud est identique pour une même température, quelque soit la nature du corps où la manière dont il a été chauffé.

Voici les résultats qu'a obtenus Kirchoff :

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