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L’astronomie infrarouge

L’oeil humain n’est sensible qu’à une toute petite partie de la lumière, celle qui correspond aux couleurs de l’arc-en-ciel. La notion de lumière ne s’arrête pas à ces couleurs du visible et les termes rayons X, infrarouge, radio et micro-ondes décrivent en réalité des lumières invisibles.

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La lumière infrarouge [03'16]
Roland Lehoucq, astrophysicien au CEA

Les différentes lumières

Pour les physiciens, la lumière inclut les rayons gamma, les rayons X, l’ultraviolet , le visible, l’infrarouge, les micro-ondes et les ondes radio. Toutes ces ondes lumineuses voyagent à la vitesse de la lumière soit 300 millions de mètres par seconde. Certaines pénètrent l’atmosphère terrestre. La différence entre ces différentes lumières ou rayonnements électromagnétiques est leur longueur d’onde et leur fréquence, c’est-à-dire l’énergie qu’elles transportent. Les rayons gamma ont les longueurs d’onde les plus courtes, les fréquences les plus hautes et sont les plus énergétiques. À l’inverse les ondes radio (celles de la radio FM) ont des grandes longueurs d’onde et sont faiblement énergétiques. En clair, l’énergie transportée par ces lumières décroît en intensité des rayons gamma aux ondes radio. Dans le domaine visible, cela signifie que plus une lumière est rouge, moins elle émet d’énergie. C’est le cas de la lumière d’une flamme. Sa couleur passera du rouge au jaune puis au bleu… en montant en température. Une correspondance existe ainsi entre la couleur et la température d’une lumière.

Animations - Lumière visible & invisible Jouer l'animation - Lumières visibles et invisibles
Crédit : CEA

La lumière infrarouge et le spectre électromagnétique

L’ensemble des lumières des rayons gamma aux ondes radio constitue le spectre électromagnétique. La lumière infrarouge se situe entre la lumière visible et les micro-ondes émises par nos téléphones portables. C’est un domaine très vaste en énergie. La lumière infrarouge est ainsi la signature de corps ayant une température entre -270°C et 1500°C. Ceux-ci rayonnent de l’énergie avec un pic d’intensité correspondant à leur température. Ainsi le corps humain à 37 °C, la Terre à 20°C, le sable chaud de la plage et un mur de maison rayonnent principalement dans l’infrarouge. C’est pour cela qu’on utilise des caméras infrarouges pour « voir » une silhouette dans la nuit noire. La lumière du Soleil avec 6000 °C à sa surface rayonne principalement dans le visible, avec un pic dans le jaune.

À GAUCHE - Image infrarouge d’une scène quotidienne de travail. À DROITE - La même scène photographiée dans le visible. Crédit : CEA À GAUCHE - Image infrarouge d’une scène quotidienne de travail. Notez les deux silhouettes des photographes à l’arrière plan. La lumière infrarouge rayonnée par ces deux êtres humains est réfléchie par le tableau blanc. Les hommes sont les sources infrarouges les plus intenses de cette scène.
À DROITE - La même scène photographiée dans le visible. On remarque que les surfaces blanches, les plus brillantes dans le visible, sont les plus sombres en infrarouge. Etant réfléchissantes, elles accumulent peu d’énergie et en restituent donc peu dans l’infrarouge.
Crédit : CEA

Chiffres clés :
InfraRouge

(Infra du latin, en deçà du)
  • Vitesse de la lumière :
    • 300 millions de m/s
    • 300 000 km/s
    • 1 milliard de km/h
  • L'infrarouge pour les astronomes :
    • L'infrarouge proche
    de 0,7 à 5 µm
    • L'infrarouge moyen
    de 5 à 30 µm
    • L'infrarouge lointain
    de 40 à 100 µm
    • L'infrarouge submillimétrique
    de 100 à 870 µm
  •  
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