1/ La décomposition de la lumière : A/ Lumière blanche :

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1 Partie 3 : Ondes et santé Chapitre 1 : Les ondes électromagnétiques visibles Pour comprendre le rôle de la lumière en médecine, nous allons étudier ses propriétés. 1/ La décomposition de la lumière : A/ Lumière blanche : La lumière émise par le Soleil ou par une lampe à incandescence s appelle la lumière blanche Photo de l expérience: Décomposition de la lumière blanche par un prisme Photo de l expérience: Décomposition de la lumière blanche par un réseau Prisme écran On remarque (lors d un arc-en ciel, ou sur le reflet d un CD ou, en physique, lorsque cette lumière traverse un prisme ou un réseau) que la lumière blanche est en fait composée de toutes les couleurs visibles par l œil humain. On dit qu on observe le spectre de la lumière blanche : il est continu et s étale du violet au rouge On dit que la lumière blanche est polychromatique Spectre de la lumière blanche réseau écran B/ Lumière du laser La lumière d un LASER n est pas décomposée par un prisme : Le spectre présente une seule raie On dit que la lumière d un LASER est monochromatique car elle est constituée d une seule lumière colorée. De plus, la lumière LASER est très directionnelle et son intensité (ou densité d énergie) est réglable, ce qui permet de l utiliser en médecine dans plusieurs domaines

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4 2/ La longueur d onde λ A/ Définition Une lumière monochromatique est une onde électromagnétique caractérisée par une grandeur physique appelée longueur d onde. Son unité est le mètre (m) et on la note λ. Elle représente la périodicité spatiale de l onde (vulgairement parlant, c est l «écartement entre 2 pics» ) Formule : λ= λ : longueur d onde en mètre c : vitesse de la lumière dans le vide ( m.s -1 ) υ : prononcée «nu» : fréquence de l onde en Hertz L œil ne peut voir que le domaine des radiations visibles : Ce domaine s étend de 400 nm (bleu) à 800 nm(rouge) 1nm = 10-9 m 1µm = 10-6 m

5 Applications : 1/ Calcule la longueur d onde d une lumière de fréquence 6,6 x Hz. Quelle est la couleur correspondante? 2/ Calcule la fréquence d une lumière de longueur d onde λ = 632 nm. Quelle est la couleur correspondante? B/ Les différentes radiations Observer et dessiner le spectre obtenu avec le prisme et la lumière blanche (schéma à compléter). Couleur UV violet bleu vert jaune Orange Rouge IR λ (nm) < > 780 Remarque : La lumière émise par le Soleil et/ou les lampes à incandescence contient des radiations qui ne sont pas visibles par l œil humain comme les infrarouges (IR), les ultraviolets (UV), les rayons X. 3/ Absorption de la lumière par une solution A/ Le spectre d absorption : Photo de l expérience Schéma et résultats Observation Raie sombre dans le domaine du vert/jaune Le spectre de la lumière qui a traversé une solution colorée présente une bande noire, qui correspond aux radiations que la solution a absorbées : on dit qu on observe le spectre d absorption de la solution. Mais comment savoir quelle couleur est absorbée par une solution colorée?

6 Document 1 : Sensibilité de l œil humain en fonction de la longueur d onde La rétine de l œil humain possède trois types de cônes : - les cônes sensibles au bleu (CB) - les cônes sensibles au vert (CV) - les cônes sensibles au rouge (CR) L œil a une sensibilité maximale dans le jaune-vert. Sensibilité des cônes 100 CB 50 CV CR λ (nm) Rappel de 4 ème : Les 3 couleurs primaires «lumières» (de la vision) sont : Le rouge, le bleu et le vert Les 3 couleurs secondaires «lumières» sont : Le cyan, le magenta, le jaune Les 3 couleurs primaires «matières» sont : Le cyan, le magenta, le jaune Les 3 couleurs secondaires «matières» sont : Le rouge, le bleu et le vert Rouge + bleu = Magenta Rouge + vert = jaune Vert + Bleu = cyan Rouge + Vert+ Bleu =blanc Une solution colorée joue le rôle de filtre de lumière : une partie de la lumière traverse la solution et une autre partie arrive jusqu à vos yeux. Autrement dit, une partie est absorbée et une autre partie est diffusée. Quelles couleurs sont absorbées et quelles couleurs sont diffusées? Une solution rouge laisse passer le rouge et absorbe les 2 autres couleurs primaires (Bleu et vert = cyan) Une solution bleue laisse passer le bleu et absorbe les 2 autres couleurs primaires (rouge et vert = jaune) Une solution cyan laisse passer le bleu et le vert et absorbe la dernière couleur primaire : rouge. La roue des couleurs permet de déterminer la couleur absorbée par une solution : C est la couleur est diamétralement opposée sur la roue appelée couleur complémentaire.

7 Couleur de la solution Rouge Verte Bleue Cyan Magenta jaune Couleur absorbée (couleur complémentaire) cyan Magenta jaune Rouge Verte bleue B/ La courbe d absorption On appelle absorbance, notée A (sans unité), la capacité d une solution à absorber certaines radiations lumineuses. A est un nombre sans unité, souvent compris entre 0 et 2. De quoi dépend A? Si une solution laisse passer les radiations rouges, son absorbance est environ égale à zéro pour les longueurs d onde allant de 630 à 780 nm et elle est maximale pour les longueurs aux alentours de 500 à 520 nm Si cette solution absorbe (ne laisse pas passer) les radiations vertes, son absorbance est grande pour les longueurs d onde allant de 495 à 570 nm et quasiment égale à 0 pour les autres longueurs d onde. De quoi dépend l absorbance A d une solution? On dispose d une solution colorée de permanganate de potassium (K + + MnO 4 -) de concentration identique. Plus l épaisseur de la solution traversée est grande, plus l absorbance de la solution est grande

8 On dispose d une solution colorée de permanganate de potassium (K + + MnO 4 -) de concentration croissante Plus la concentration de la solution est grande, plus l absorbance A de la solution est grande Un chimiste souhaite obtenir la courbe d absorbance A, c est-à-dire le graphique de l absorbance A (en ordonnées) en fonction de la longueur d onde λ en mètre ou nm (en abscisse) Exemple : Une solution absorbe les radiations colorées de longueur d onde allant de 570 à 590 nm. Dessine l allure de sa courbe d absorbance, et colorie son spectre et prédis la couleur de la solution. A 580 nm λ L appareil utilisé : un spectrophotomètre Principe : - Prenons d une solution de permanganate de potassium (K + + MnO 4 -) de concentration 0,20 mmol.l La solution colorée est placée dans une cuve et est éclairée par un faisceau de lumière monochromatique. - Cet appareil compare l intensité lumineuse avant (I 0) et après (I) la traversée de la cuve de solution colorée pour une longueur d onde λ donnée. -On obtient le tableau de mesures suivant : I 0 Cuve + solution I λ (nm) A 0,01 0,02 0,05 0,1 0,15 0,2 0,4 0,43 0,44 0,31 0,15 0,07 0,03 0,02

9 C/ Exploitation 1/ Tracer sur papier millimétré la courbe d'absorbance : A en ordonnée et λ en abscisse. 2/ L absorbance A dépend-elle de la longueur d onde λ? 3/ Quelle est la longueur d'onde λ max qui correspond à un maximum d absorption A? 4/ Quelle est la couleur correspondant à cette longueur d onde λ max? 5/ Quelles sont les longueurs d onde qui correspond à un minimum d absorption A? 6/ Quelles sont les couleurs correspondant à ces longueurs d onde? 7/ Ce résultat était-t-il prévisible? Autres solutions et spectres : Solution Spectre d absorption λ max Couleur correspondant à λ max 450 nm bleue picrate d ammonium

10 750 nm rouge Sulfate cuivre de Tracer une ébauche de la courbe d absorbance Solution d éosine rouge Quelle est la couleur de la solution de fluorescéine?

11 4/ Application du LASER en médecine

12 Questions : 1/ Qu est-ce que l effet thermique d un LASER? 2/ Utilise-t-on le même LASER pour corriger une myopie et un rhumatisme? 3/ Pour corriger une hypermétropie, quel type d effet utilise-t-on? 4/ Pour une épilation définitive, quel effet utilise-t-on? 5/ Application de la lumière en médecine : Luminothérapie Non seulement la lumière nous permet de voir le monde qui nous entoure mais elle est également indispensable à notre bien-être. En effet, lorsque l automne arrive et que les journées deviennent sombres et courtes, beaucoup de personnes ressentent une baisse d énergie, des difficultés à se réveiller ou s endormir, elles ont le cafard, voire se sentent déprimées : on parle de dépression saisonnière ou SAD (Seasonal Affective Disorder). Lorsque la luminosité de la lumière du jour baisse en dessous d un seuil d environ lux au niveau de l œil, notre cerveau se met à fabriquer de la mélatonine (appelée couramment «hormone du sommeil») qui lentement va envahir notre corps au travers de la circulation sanguine et nous entraîner vers le sommeil. Ainsi, en hiver, le manque de lumière peut entraîner une somnolence excessive. Une solution possible est la luminothérapie qui consiste à s exposer à des lampes de fortes luminosités pendant 15 à 30 min par jour qui ne produisent pas d ultraviolet dangereux pour la peau (UVB). Questions : 1/ Cite un effet bénéfique de la luminothérapie. 2/ Quel type de lumière utilise-t-on? 3/ Quel rôle joue la lumière vis-à-vis de notre organisme?

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