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Premiers pas en spectrographie.
Une autre manière de voir les astres...

L'objectif de la manipulation proposée est de réaliser à très peu de frais un spectre solaire, observable à l'oeil nu ou mieux, photographiable.

	C'est quoi un spectre ?	La lumière blanche du jour est en réalité le mélange d'un nombre infini de couleurs : les couleurs dites "de l'arc en ciel", avec toutes leurs nuances en nombre infini. On obtient un spectre en dispersant les différentes couleurs qui constituent la lumière blanche. Dans la nature, on observe des spectres solaires sous la forme d'arcs en ciel. En laboratoire, on peut analyser la lumière solaire à l'aide de prismes de verre ou, mieux, de réseaux de diffraction.
	Sans vouloir trop entrer dans les détails, un réseau de diffraction est constituée d'une lame de verre finement gravée de traits microscopiques, parallèles et régulièrement espacés. Un réseau courant peut en porter plus de 1000 par millimètre ! Un réseau de bonne qualité est souvent assez onéreux. D'où l'idée suivante... Un CD en guise de réseau de diffraction ? Vous avez déjà certainement remarqué les reflets colorés émis par la surface d'un CD lorsque vous le manipulez sous un éclairage assez puissant. Cela s'explique par la structure du CD lui-même. Il est constitué d'un sillon microscopique enroulé en spirale. En partant du centre, chaque millimètre du diamètre du disque peut porter jusqu'à mille raies pratiquement concentriques formées par le sillon... ce qui est la définition même d'un réseau de diffraction. Il n'y a plus qu'à utiliser un simple morceau de CD pour la réalistation d'un spectrographe très simple et bon marché.
		Un quartier de CD éclairé par la lumière solaire (photographies avec mise au point à l'infini, ce qui explique le flou du CD).
	Schéma de principe Un spectre étant assez peu lumineux, la lumière solaire doit être concentrée sur la fente au moyen d'un dispositif optique (télescope ou lunette de petit diamètre par exemple, ou même une simple loupe). La fente est placée au foyer du collimateur ( lentille convergente ). Les rayons lumineux en ressortent donc parallèles, comme s'ils provenaient de l'infini. Le réseau décompose la lumière blanche, et le spectre peut être soit observé visuellement (c'est petit !) ou mieux enregistré (appareil photo ou numérique, ou mieux encore webcam). En réalité, le spectre obtenu est la juxtaposition des images de la fente dans toutes les couleurs du spectre.
	Et en pratique, cela ressemble à quoi ? L'assemblage ci-contre a été réalisé à l'aide de "carton plume", matériau assez rigide (plaque de mousse en sandwich entre deux feuilles de carton disponible en librairie en différentes épaisseurs). La fente est réalise à l'aide de deux lames de cutter, espacées d'un ou deux dixièmes de millimètre au plus, ce qui correspond à l'épaisseur d'une feuille de papier. La finesse du spectre dépend de la finesse de la fente. On peut intercaler une feuille de papier entre les deux lames pendant la solidification de la colle. Le collimateur est un objectif de jumelles de récupération (focale 200 mm environ). Une loupe peut convenir. Le réseau est un quartier de CD-ROM publicitaire, qui aura au moins servi à quelque chose. Le support du réseau est incliné (environ ) de 45° sur l'axe optique du système. Les raies du réseau sont ici verticales. Le seul point délicat est l'alignement optique parfait de tous ces éléments. Le carton-plume autorise une certaine précision. Bien entendu, en plein jour, tout le dispositif doit être isolé de la lumière ambiante. Un tissu sombre très épais ou un emballage opaque sont une bonne solution. A noter que l'image du spectre semble se trouver à l'infini à cause du collimateur, ce qui est à prendre en compte si l'on désire photographier le spectre.

Résultats et identification de quelques raies spectrales.

Et avec tout cela, on voit quoi ? L'observation des spectres solaires obtenus montre la présence d'un très grand nombre de raies sombres parallèles, striant un fond coloré continu. Pour simplifier, peut dire que la photosphère solaire et la couronne qui enveloppent le Soleil contiennent la totalité des éléments chimiques existants, sous forme d'atomes isolés ou d'ions pour la plupart. Ces éléments chimiques filtrent chacun la lumière qui s'échappe de la surface solaire en absorbant chacun une couleur bien précise du spectre qui ne nous parvient donc pas. Les raies sombres sont donc des "trous" dans le spectre solaire, des couleurs manquantes, d'une teinte bien précise, correspondant à une longeur d'onde bien précise de la lumière. Une raie sombre bien localisée est donc la signature d'un élément chimique présent dans le Soleil.
	La raie du Fer, l'une des plus évidentes du spectre solaire.
	Spectre plus difficilement exploitable, avec probablement la raie H bêta de l'Hydrogène.
	Le triplet du Magnésium et la raie rouge H alpha de l'Hydrogène. Ne pas confondre les raies relativement larges et la trame du capteur CCD de l'appareil numérique !
	Les raies du Magnésium sont parfaitement visibles, mais la raie H alpha est noyée dans la partie rouge saturée du spectre.
Images réalisées à l'aide d'un appareil numérique Olympus 1.3 mégapixels, en mode téléobjectif. La mise au point autofocus a été désactivée, et la netteté à l'infini a été forcée à l'aide de la touche appropriée. Images recadrées et traitées à l'aide du logiciel Gimp.	A vous de jouer.