⏱️DURÉE45 min
🎯DIFFICULTÉFacile
👶ÂGEDès 8 ans
🧹PROPRETÉPropre
🏠LIEUIntérieur
✅TAUX DE RÉUSSITE80%
Les astronomes analysent la lumière des étoiles pour connaître leur composition chimique sans jamais les visiter ! Fabrique ton propre spectroscope avec un CD et explore les 'empreintes lumineuses' des différentes sources.
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Activité à faire toute l'année, en famille ou en classe !
🧪 Matériel nécessaire
- 💿 Vieux CD ou DVD 1 · maison
- 📦 Boîte en carton solide (type boîte à chaussures) 1 · maison
- 🗡️ Cutter et règle 1 de chaque · maison
- 📎 Scotch noir ou peinture noire un peu · maison / bricolage
📋 Étapes de l’expérience
1
Préparer la boîte
Peindre l'intérieur de la boîte en noir (ou tapisser de papier noir). Sur un côté court : découpez une fente de 5 mm de large et 3 cm de haut — c'est l'entrée de la lumière.
💡 Plus la fente est fine et précise, plus les raies spectrales seront nettes.
2
Installer le CD
Sur le côté opposé à la fente, découpez un trou carré de 6×6 cm. Collez le CD derrière ce trou, face brillante vers l'intérieur, incliné à 45° par rapport à la fente. Percez un petit trou d'observation à côté du CD.
💡 L'angle exact est à ajuster lors des tests — c'est normal d'expérimenter un peu.
3
Observer les spectres
Dirigez la fente vers une source de lumière. Regardez par le trou d'observation. Vous verrez le spectre arc-en-ciel ! Comparez : soleil, ampoule incandescente, LED, néon, bougie.
💡 Le néon et les lampes fluocompactes montrent des raies discrètes (spectre discontinu) — pas un arc-en-ciel continu.
🤓 Pourquoi ça marche ?
La lumière blanche est en réalité un mélange de toutes les couleurs de l'arc-en-ciel (rouge, orange, jaune, vert, bleu, violet). Un prisme ou un réseau de diffraction (comme les stries microscopiques d'un CD) sépare ces couleurs car chacune se réfléchit à un angle légèrement différent. Ce spectre est l'empreinte lumineuse d'une source. Le soleil donne un spectre continu car il émet toutes les longueurs d'onde. Mais un tube néon ne donne que des raies de couleurs précises — car le mercure à l'intérieur n'émet que certaines longueurs d'onde caractéristiques. C'est exactement l'outil utilisé par les astronomes : en analysant le spectre de la lumière d'une étoile, ils savent quels éléments chimiques elle contient (hydrogène, hélium, fer…) — à des milliards d'années-lumière !
Concepts scientifiques
spectre lumineuxdiffractionlongueur d'ondespectroscopieraies d'absorption
📚 Au programme scolaire : 4ème – Terminale
📖 Approfondir : Pourquoi un prisme crée-t-il un arc-en-ciel ?
🔭 La science en détail
La face gravée d'un CD porte une spirale de sillons espacés de 1,6 micromètre, soit environ 625 traits par millimètre : c'est un réseau de diffraction par réflexion. Chaque sillon renvoie la lumière, et les ondes issues des sillons voisins interfèrent. Elles ne se renforcent que dans les directions vérifiant d·sin θ = k·λ ; comme cet angle dépend de la longueur d'onde λ, le violet (environ 400 nm) et le rouge (environ 700 nm) partent dans des directions différentes et le spectre se déploie. Un DVD, gravé tous les 0,74 µm, disperse encore davantage.
Les raies des tubes fluorescents ont une origine quantique : dans un atome, les électrons n'occupent que des niveaux d'énergie précis, et chaque saut vers un niveau inférieur émet un photon de longueur d'onde exacte. Le mercure signe ainsi en bleu à 436 nm et en vert à 546 nm, le sodium des anciens lampadaires par son doublet jaune-orangé à 589 nm. Le spectre solaire, lui, est strié de milliers de fines raies sombres, les raies de Fraunhofer : les éléments de l'atmosphère du Soleil absorbent leurs longueurs d'onde caractéristiques. C'est cette signature que déchiffrent les astronomes.
Pour les ados et les parents curieux 🤓
⚠️ Sécurité
⚠️
Ne regardez JAMAIS le soleil directement, même avec un spectroscope
⚠️
Le cutter est tranchant — adulte pour la découpe
🛠️ Ça n’a pas marché ? Les ratés les plus fréquents
🚀 Pour aller plus loin
✨ Observez la flamme d'une bougie salée (sel + flamme) : les raies jaunes du sodium apparaissent
✨ Comparez tous types d'ampoules de votre maison : incandescente, LED, fluocompacte, halogène
✨ Dessinez ou photographiez chaque spectre observé pour constituer une collection
📜 La petite histoire
En août 1868, le Français Jules Janssen observe une éclipse totale en Inde et repère dans le spectre du Soleil une raie jaune qui ne correspond à aucun élément connu ; l'Anglais Norman Lockyer la retrouve indépendamment et baptise l'élément « hélium », du grec helios, le Soleil. L'hélium reste le seul élément chimique découvert dans une étoile avant d'être trouvé sur Terre : il faudra attendre 1895 pour que William Ramsay l'isole à partir d'un minerai d'uranium. Une découverte faite exactement sur le principe de votre boîte en carton.
💡 Bon à savoir : L'étape la plus délicate consiste à fixer le CD avec le bon angle à l'intérieur de la boîte. Il faut parfois s'armer d'un peu de patience et ajuster la position de la fente plusieurs fois pour obtenir un arc-en-ciel bien net.
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❓ Questions fréquentes
Pourquoi un CD crée-t-il un arc-en-ciel ?
La surface d'un CD comporte des milliers de minuscules gravures disposées en spirale. Ces sillons agissent comme un réseau de diffraction qui sépare la lumière blanche en toutes les couleurs qui la composent.
Peut-on regarder le soleil avec ce spectroscope ?
Non, il est très dangereux de fixer le soleil directement, car cela peut endommager ta vue de façon permanente. Pour observer le spectre de la lumière solaire en toute sécurité, pointe ton spectroscope vers un mur clair bien éclairé ou vers le ciel bleu.
Pourquoi voit-on des bandes de couleurs différentes selon les lampes ?
Chaque source de lumière a sa propre signature chimique. Une ampoule LED et un tube néon n'utilisent pas les mêmes gaz ou matériaux, donc leurs empreintes lumineuses sont uniques et ne montrent pas les mêmes couleurs.
Est-ce que ça fonctionne aussi avec un DVD ou un Blu-ray ?
Oui, et c'est même souvent plus précis ! Comme les sillons d'un DVD sont encore plus serrés que ceux d'un CD, la séparation des couleurs est plus nette et le spectre obtenu est plus large.
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