Chapitre 1 Ondes électromagnétiques

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1 Chapitre 1 Ondes électromagnétiques 1. Formules 2. Dualité onde-particule 3. Les types d ondes électromagnétiques 4. La thermoluminescence 5. Les applications des ondes électromagnétiques 6. Application à l analyse d œuvre d art 7. Datation des œuvres-méthode PIXE

2 Formules E = h.ν T =1/ν λ : longueur d onde (m) c : vitesse de la lumière (m.s -1 ) ν : fréquence en hertz (Hz) T : période en seconde (s) h : constante de Planck (J.s) h = 6,64 x10-34 J.s c = 3,00 x10 8 m.s -1 Dualité onde-corpuscule Les théories sur la lumière ont évoluée au cours des siècles. Newton (17 ième siècle )est un des premiers scientifiques a établir une théorie corpusculaire de la lumière. Pour Newton la lumière est composée de petites particules. 2 siècles plus tard, les travaux de Fresnel, d Arago, de Maxwell permettent d expliquer de nouvelles expériences ( diffraction (1), interférence). Tous les scientifiques de l époque sont unanimes : la lumière est une onde électromagnétique.on parle alors de théorie ondulatoire de la lumière. Mais en 1887, Heinrich Hertz découvre l effet photoélectrique(2),. Cette expérience ne peut être interprétée en utilisant la théorie ondulatoire. Ce n est qu en 1905, qu Einstein et Planck explique cette expérience en utilisant une théorie corpusculaire de la lumière.cette petite particule de lumière est appelée photon. Aujourd hui, les scientiques pensent que la lumière est à la fois une particule de masse nulle( le photon ) et une onde électromagnétique. On parle alors de dualité onde-corpuscule. Les types d ondes électromagnétiques Il existe 7 types d ondes électromagnétiques : - les rayons Gamma - les rayons X - les Ultra-violets - le visible qui s étend de 400 nm ( violet ) à 800 nm ( rouge ) - les Infrarouge - les micro-ondes - les ondes hertziennes

3 Ces ondes se déplacent à la vitesse de 3,00 x10 8 m/s : c est la vitesse de la lumière appelée célérité. La thermoluminescence (1) Irradiation : on envoie un rayonnement électromagnétique sur un atome ou une molécule. (2) Carbone 14 : Le carbone 14 est radioactif. Il se transforme en azote. La connaissance de la quantité de carbone 14 dans l échantillon permet de dater l objet. Le phénomène de luminescence consiste en la réémission par un corps sous forme lumineuse d'une énergie qu'il a reçue par le biais d'une irradiation (1) quelconque. La thermoluminescence permet de dater des roches terrestres : pots, vases.. Ce principe de datation présente des avantages certains : possibilités de dater des sites très anciens (paléolithiques moyen) où le carbone 14 (2) atteignait ses limites. Applications des ondes électromagnétiques Ondes électromagnétiques Rayons gamma Rayons X UV IR Micro-ondes Ondes Hertziennes Applications Radiographie Analyse de tout ce qui a été peint sur une toile Détection d arme dans les bagages Lampe de bronzage Détection de faux billets Permet de déceler l état de surface de la toile (fluorescence du vernis) Lampe de chauffage Utilisé pour découper les tôles (industrie automobile) Télécommande Caméra IR( vision de nuit ) Décèle les repeints sur les peintures Four à micro ondes Wifi Téléphone Portable Radio TNT Communication par satellite

4 Les ondes électromagnétiques appliquées à l analyse d une œuvre d art IR UV Rayons X Vernis Couche picturale Dessin sous-jacent Couche de colle Toile Support Les UV ne pénetrent pas en profondeur, ils s arrêtent sur la couche picturale. Ils ont pour effet de rendre fluorescent la couche de vernis : ils permettent de déceler les retouches. Les IR traversent la couche picturale mais ils sont renvoyés par la couche de colle ou absorbés par le carbone ( C ) contenu dans le dessin sous-jacent. Ils révèlent le dessin de l artiste. Les rayons X traversent tout le tableau. Certains rayons X sont absorbés par les éléments lourds (de masse molaire atomique importante comme le plomb ). D autres traversent le tableau lorsqu ils rencontrent des éléments légers (de masse molaire atomique faible comme le carbone, l hydrogène ) Les rayons X qui traversent le tableau atteignent une plaque photosensible qui devient noire ( présence d atomes d argent ) Production de rayons X Pb C ou H. Matière organique La pellicule reste blanche (transparente) La pellicule devient noire (Ag) Tableau pellicule argentique Les principales méthodes sont : - utilisation des rayons infrarouges : dessin sous-jacent, profondeur des altérations et restaurations subies. - utilisation des rayons ultraviolets : excite la phosphorescence ou la fluorescence de certains de certains corps (état de conservation en surface du tableau, importance du vernis, son homogénéité, restaurations récentes et maquillages)

5 - utilisation des rayons X : en fonction de la densité des matériaux utilisés, permet d observer la constitution et les caractéristiques du support, l état de la couche picturale, réutilisations de toiles, techniques du peintre. - lumière rasante : état de conservation du tableau (soulèvement de la couche picturale, cloques, déformations du support) et technique du peintre. - macrophotographie sous lumière directe ou rasante : grossissement permettant d isoler certains détails en plus de l état du tableau et des techniques du peintre - microphotographie. -analyses ponctuelles : prélèvement d une parcelle de l oeuvre puis analyse chimique car les liants évoluent avec le temps (oxydation) : permet d identifier et de dater les oeuvres et donc de les restaurer. Datation des œuvres / Méthode PIXE On peut dater les œuvres d Art en analysant la composition chimique de la peinture (liant et pigment). En effet la taille et la nature des pigments et des liants sont caractéristiques de certaines époques et de certains lieux. La méthode PIXE consiste à envoyer des particules sur l objet à analyser. Les particules comme des atomes d hélium, d hydrogène vont exciter les atomes de l objet. Ceux-ci émettent alors un rayonnement électromagnétique qui est analysé par un ou plusieurs détecteurs. On obtient alors un spectre comme celui-ci : Le but essentiel de l analyse est ainsi l identification des matériaux constitutifs de l objet. Dans le cas d un tableau cette méthode permet de connaître la composition du support, de sa préparation, de ses couches de pigments, de vernis, de repeints,de leur liant.