Etude sur les Infrarouges

[Mephistopolo]

Bonjour à tous,

Suite à une discussion passionnante mais très vaste sur le domaine des ondes et leurs conversions, je souhaiterais rétrécir l'étude sur un domaine en particulier : Les IRs.

Il m'a semblé préférable de refaire un sujet spécifique, pour éviter de noyer l'information et de faire des sujets trop longs.

Ce sujet à donc pour objectif d'étudier et renseigner sur cette longueur d'onde electromagnétiques, ces capacités, possibilités, les appareils qui permettent de les capter ou les mesurer.

Dans un premier temps, commençons par le commencement, et vérifions si mes connaissances sur ce sujet sont correctes, si vous le voulez bien.

Une OEM se propage dans le spectre des infrarouges parce qu'elle oscille à un fréquence particulière, à la limite du spectre visible par l'Homme.
Seulement, à contrario des ondes sonores, les OEMs vont plutôt être différenciées selon leurs longueurs d'ondes plutôt que leurs fréquences.

La vision de ces longueurs d'onde repose sur l'activation des pigments visuels présents dans les cônes et les bâtonnets, les cellules photosensibles de la rétine. Au cours de ce processus, les particules lumineuses, ou photons, activent les pigments photosensibles, comme la rhodopsine des bâtonnets.

Voici un tableau récapitulatif :

image018.jpg

La fin du champ perceptible pour l'Homme n'est pas déterminé partout pareil : Certains parlent de 740nm, d'autres de 670nm, probablement parce que tout le monde n'est pas receptif au rouge de la même manière, ou que ce tableau ne compte pas les teintes les plus sombres du rouge.

Concernant les IRs :

Gamme-des-frequences-infrarouge-dans-le-spectre-electromagnetique.jpg

Nous constatons que les IRs se trouvent à une longueur d'onde 800nm à 2um : Ces chiffres ne sont pas toujours les mêmes suivant où l'on se documente également, certains parlent plutôt de 750nm pour le début des IRs.

Les IRs sont segmentés en trois catégories : Proche, Moyen et lointain.

Ces IR ne sont normalement pas visible pour l'Homme, mais une étude indique que lorsque deux photons circulant à une longueur d'onde similaire sont suffisamment rapprochés via une impulsion rapide, cela double la quantité d'énergie recue niveau des pigments de l'oeil, et l'Homme peut alors voir les IRs.

Voir ici : https://www.futura-sciences.com/sant...rarouge-56302/

Les IRs sont envoyés par les corps planètes émettant de la lumière, le Soleil, mais aussi par les corps (objet et être) ayant absorbé cette lumière.

Les corps absorbant ces OEMs, chauffent par l'énergie contenu dans l'OEM, cela agite les particules des atômes, et celà émet de la chaleur.

Cette chaleur est un rayonnement thermique faisant partie des IRs : Ce sont des OEM produites par l'agitation des atomes.

Température et OEM sont donc deux facteurs étroitement liés, plus particulièrement les OEMs se propagant dans les IRs.

Voici dans un premier.

Ma première question : Lorsqu'une route recoit énormément de rayonnements EM du Soleil, celle-ci en absorbe beaucoup de part sa structure moléculaire, les particules de cette structure s'agitent fortement et rediffusent (produisent par agitation, ou rediffusent, ou les deux ?) beaucoup de rayonnement thermique à haute température.

Nous voyons alors à la surface de la route des ondulations. Nous voyons le rayonnement, mais pas la couleur de ce rayonnement IR, mais on voit son effet parce que l'agitation des particules et telle, que les rayonnements fait bouger les molécules d'airs amplement ? Si l'on avait une ouïe très fine, on pourrait également entendre les ondes mécaniques produites par ce mouvement de l'air ?

Merci.
-----

[Mephistopolo]

Ajout : Le rayonnement IR des corps dépend de leurs structures moléculaire, car tous les corps n'absorbent pas autant les OEMs.

[gts2]

Seulement, à contrario des ondes sonores, les OEMs vont plutôt être différenciées selon leurs longueurs d'ondes plutôt que leurs fréquences.

Cela c'est juste une question d'habitude et ces habitudes sont variées : une OEM peut être indiquée par sa fréquence (telecommunication), par sa longueur d'onde, par son nombre d'onde (l'inverse de la longueur d'onde, justement utilisé en IR).

Les IRs sont envoyés par les corps planètes émettant de la lumière, le Soleil, mais aussi par les corps (objet et être) ayant absorbé cette lumière.

Tous les corps émettent des IR, il y en a plus ou moins selon la température.

Lorsqu'une route reçoit énormément de rayonnements EM du Soleil, celle-ci en absorbe beaucoup de part sa structure moléculaire, les particules de cette structure s'agitent fortement et rediffusent (produisent par agitation, ou rediffusent, ou les deux ?) beaucoup de rayonnement thermique à haute température.

Le rayonnement solaire échauffe le goudron qui voit sa température augmenter et donc son rayonnement thermique augmenter.

Nous voyons alors à la surface de la route des ondulations. Nous voyons le rayonnement, mais pas la couleur de ce rayonnement IR, mais on voit son effet parce que l'agitation des particules et telle, que les rayonnements fait bouger les molécules d'airs amplement ? Si l'on avait une ouïe très fine, on pourrait également entendre les ondes mécaniques produites par ce mouvement de l'air ?

Là c'est nettement plus indirect (on ne voit pas le rayonnement, même pas son effet) : le goudron chaud chauffe l'air au-dessus ce qui crée de la convection dans l'air, et l'air chaud n'a pas tout à fait le même indice optique que l'air froid, ce qui fait que cela déforme le mouvement des rayons lumineux, ce qui rend le tout visible.

[Mephistopolo]

Merci pour ces précisions utiles gts2.

Le rayonnement solaire échauffe le goudron

C'est un peu imprécis, il s'échauffe de qu'elle manière ? Qu'est-ce qui incorrecte dans ma phrase ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Précision sur les longueurs d'onde : elles dépendent du milieu et de la température de celui-ci, mas dans le cas des ondes électromagnétique, on a un milieu de référence : le vide.

Sinon pour la phrase sur le goudron, c'était juste pour simplifier la fin de la phrase.

[f6bes]

Bjr Méphisto Longueur d'onde ou fréquence, c'est deux fa çons différentes d'indiquer la MEME chose.
Voir ( Google) comment on passe de l'un à l'autre.
Bonne journée

[gts2]

Bonjour,

Toujours sur les longueurs d'onde, point de vue historique : le côté ondulatoire de la lumière a été montré par interférences, or l'étude des interférences optiques se fait par mesure de longueur, on a donc caractérisé l'onde par sa longueur d'onde.
Autre chose, les fréquences du visible, c'est autour de 0,5 PHz, préfixe pas vraiment couramment utilisé.

[Mephistopolo]

Ok, si possible, dit alors : "c'est correct, mais pour parler plus simplement, on peut dire que XXX".

Afin d'être sûr qu'il n'y ai pas d'erreurs de mon côté.

Comme ca nous avons une explication scientifique et une explication plus généraliste.

Bien, continuons :

Le spectre du rayonnement infrarouge peut être divisé en trois grandes bandes dont les limites de découpages peuvent varier qu'il soit question d'optique, de photobiologie ou d'astronomie. Les astronomes, par exemple, découpent ainsi le spectre :

Infrarouge proche, de 700 à 1.000 jusqu'à environ 2.500 nm ;
Infrarouge moyen, de 2.500 jusqu'à 25.000 à 40.000 nm ;
Et celle de l'infrarouge lointain, de 25.000 à 40.000 nm jusqu'à 0,2 à 0,35 mm.

Gts précise : Précision sur les longueurs d'onde : elles dépendent du milieu et de la température de celui-ci, mas dans le cas des ondes électromagnétique, on a un milieu de référence : le vide.

Celà signifie-t-il que la longueur d'ondes des IRs (est-ce valable pour toutes les OEMs ?) se racourcissent selon qu'elles s'approchent d'un corps chaud ou passe un corps plus dense ?

Car cela voudrait dire qu'une IR qui se propage soudainement dans un environnement très chaud, diminue en longueur d'onde et donc pourrait devenir visible à notre vue ? Est-ce que c'est ce qui se passe lorsque les OEMs du Soleil passent l'atmosphère terrestre ? : Les OEMs passent d'un environnement froid à un environnement chaud et cela réduis la longueur d'ondes ?

[gts2]

Les longueurs d'onde de toutes les OEM dépendent du milieu dans lesquels elles OEM se propagent par l'intermédiaire de l'indice qui dépend d'un "certain nombre de choses".

L'oeil détecte des photons et l'énergie de ceux-ci est fonction de la fréquence.

Lorsque la lumière du soleil pénètre dans l'air, sa longueur d'onde varie de manière très faible (l'indice de l'air est 1,0003), ce n'est pas le problème de passage de chaud à froid, mais de vide à l'air.

[f6bes]

(est-ce valable pour toutes les OEMs ?) se racourcissent selon qu'elles s'approchent d'un corps chaud ou passe un corps plus dense ?

Car cela voudrait dire qu'une IR qui se propage soudainement dans un environnement très chaud, diminue en longueur d'onde et donc pourrait devenir visible à notre vue ? Est-ce que c'est ce qui se passe lorsque les OEMs du Soleil passent l'atmosphère terrestre ? : Les OEMs passent d'un environnement froid à un environnement chaud et cela réduis la longueur d'ondes ?

Remoi,
As tu songé à ce qui se passerais si une QULCONQUE ..OEM changait de fréquence suivant la température.
Ca serait fort génant pour établir des communications terrestres et spaciales.
Ben quoi..qu'est ce qui se passe.... içi l'ISS je ne vous reçoit plus !!
Lorsqu'il s'agit d'établir des liaisons à 10 hertzs prés à des centaines de Mégahertzs , mieux vaut ne pas trop....dériver !!
Bonne journée
Bonne journée

[Mephistopolo]

Je n'avais pas vu vos réponses en postant la mienne, j'en prend note. Merci.

[Mephistopolo]

F6bes bonjour,

Enfete je pensais que longueur d'onde et fréquence était deux choses distinctes.

"La longueur d'onde équivaut à la longueur d'un cycle d'une onde, ce qui correspond à la distance entre deux crêtes successives d'une onde. La longueur d'onde est représentée habituellement par la lettre grecque lambda (λ), et est mesurée en mètres ou en l'un de ces sous-multiples tels que les nanomètres (nm, 10-9 mètre), micromètres (μm, 10-6 mètre) ou centimètres (cm, 10-2 mètre). La fréquence représente le nombre d'oscillations par unité de temps. La fréquence est normalement mesurée en Hertz (Hz) (c.-à-d. en oscillations par seconde) ou en multiples de Hertz.

Les notions de longueur d'onde et de fréquence sont importantes pour la compréhension du décalage Doppler. Le décalage Doppler explique pourquoi les ondes sonores et lumineuses sont perçues comme étant comprimées ou dilatées si l'objet qui les produit bouge par rapport au récepteur. Par exemple, quand un train ou une automobile de course se dirige vers nous, nous entendons des sons de fréquence de plus en plus élevée, jusqu'à ce que l'objet nous atteigne. Lorsque l'objet s'éloigne de nous, nous entendons des sons de fréquence de plus en plus basse. En astronomie, on applique le même principe à la lumière pour déterminer la vitesse de déplacement des étoiles par rapport à nous (mesure du décalage vers le rouge)."

[Mephistopolo]

Les appareils photos possède un filtre "hot mirror" pour filtrer les IRs, il est possible de le retirer pour améliorer les résultats dans le cas d'astrophotographie. Mais il semble que cela ne concerne que les IRs proches.

Sauriez-vous me dire s'il est possible de capter les autres catégories d'IR avec un appareil photo défiltré, si non, qu'est-ce qui empêche cela ?

[gts2]

C'est la courbe de réponse des capteurs, voir un exemple ci-dessous :



On voit que c'est de l'IR vraiment proche (<1000 nm)

[Mephistopolo]

Très bien, je sais que récemment (2013) des chercheurs ont développés un capteur CMOS comportant du graphène, ce qui permet une meilleure réponse en fréquence, mais je n'arrive pas à savoir exactement. Si tu arrives à trouver...

[gts2]

Peut-être : cnrs.fr

[Deedee81]

Salut,

A noter qu'avec le térahertz on est dans un domaine assez difficile techniquement. On est a des fréquences plus faible que les infra-rouges et les techniques habituelles pour les IR ne marchent pas bien (tant pour émettre que pour capter). Et on est dans des fréquences beaucoup plus élevées que les ondes radios traditionnelles (même les micro-ondes) ce qui rend là aussi les techniques inadaptées (antennes optimales "trop petites).

Mais d'énorme progrès ont été fait, comme le lien de gts2, et il y a par exemple beaucoup de travaux en cours pour les communications 6G en térahertz.

[f6bes]

Salut,

A noter qu'avec le térahertz on est dans un domaine assez difficile techniquement. .

Bjr Deedee81,
Sans trop de technologie je suis arrivé tout de meme à faire une liaison en télégraphie à pluisieurs dizaines de térahertzs..sur 5 km.
Avec la meme technologie ,les portées de plusieurs dizaines de kms sont possibles.
Je laisse cogiter !
Une aparté: comme quoi je ne suis peut etre pas celui qu'on pense! " Ce genre de fonctionnement psychologique ralenti fortement, voir stop toute possibilité de progression" (l'auteur se reconnaitra)
Bonne journée

[Mephistopolo]

Merci à vous.

Gts2, j'ai trouvé d'autres documents sur la réponse en fréquence d'un capteur graphène, mais je ne comprend pas tellement.

Enfete, je souhaiterais investiguer le domaine des IRs, notamment les IRs lointaines, voir moyens. Bidouiller, rechercher, expérimenter, explorer un peu cette facette encore peu connue.

Mais je voudrais le faire via un appareil photo adapté pour cela.

De ce que je comprend, les caméras IRs fonctionnement avec les IRs "proches" et peut-être "moyens". (Je ne trouve pas la réponse en fréquence exacte de telles caméras)

Ce n'est pas sous l'approche du thermique que je souhaiterais étudier cela.

Je voudrais essayer d'adapter un appareil reflex ordinaire, en changeant la lentille par quelque chose qui convient aux IRs lointain, et remplacer le capteur par un en graphène, ou autre, sensible aux IRs lointains.

Il me semble qu'en faisant ainsi, l'appareil serait éventuellement en capacité de capter ces ondes. Logiquement, le résultat serait le noir total.
Mais existerait-il, selon vous, un procédé pour amplifier le signal éléctrique résultant de la conversion des photons, pour les rendres finalement visibles ? (Un logiciel pourrait-il faire le travail ?)

Je crois avoir lu que la vision nocturne militaire fait ce genre d'amplification ? ("Lorsqu'un photon percute une plaque de détection, le métal libère plusieurs électrons amplifiés à leur tour dans une cascade d'électrons visualisés sur un écran phosphorescent.")

Ou alors de donner une teinte arbitraire, juste convertir les résultats dans une teinte visible.

Avec vos connaissances, pensez-vous que ce genre d'élaboration est réalisable ?

[f6bes]

Bjr à toi, Il y a les amplificteurs de lumiére résiduelle....c'est une chose
et il y a les caméras restituant en fausses couleurs ce que l'on ne ...v oit pas.
C'est différent.
A+

[Mephistopolo]

Bonjour F6bes,

Oui, cela veut-il dire que les amplificateurs de lumière résiduelle ne sont pas adaptables à un reflex ?

[f6bes]

Remoi,
Dans bien des cas...j'interroge Goggle.
As tu vu à quoi ça ressemble.(ALR)?
Bonne journée

[Mephistopolo]

Oui, c'est ce que j'ai fais, j'ai d'ailleurs cité plus haut le fonctionnement des ALR passives.

Mais cela ne m'avance pas beaucoup, car je n'ai pas trop de connaissances à ce sujet, donc je comptais gagner du temps ici.

Je ne sais si pour un appareil photo c'est obligatoire ce genre de dispositif et si c'est adaptable (je pense que cela pourrait l'être).

Car dans tous les cas, le temps d'ouverture permet d'accumuler une grande quantité de photons et donc d'amplifier naturellement la source qui émet.

Par contre, le capteur tel qu'il est en place sur un reflex ne permet pas ce que je souhaite faire, il faudrait donc le remplacer. Mais je ne sais pas s'il faut le remplacer complètement, ou seulement la partie qui permet de capter la plage de fréquence désirée ?

Bonne soirée.

[f6bes]

Remoi, Voir photomultiplicateur amplificateur de lumiére (nécessite u e source..2000 volts)
Bonne soirée

[Mephistopolo]

Bonjour,

La température définie directement la longueur d'onde d'un corps noir selon la loi de planck ?

Peut-on connaitre la longueur d'onde d'un corps dans un environnement à -20°C ? Comment le calcule-t-on ?

Merci

[gts2]

Ce n'est pas vraiment LA longueur d'onde, mais la longueur d'onde du maxi, elle est donnée par la loi de Wien : wikipedia

[Mephistopolo]

Ok.

Pour convertir des Celsius en Kelvin :
K = °C + 273.15

Pour un environnement à -20°C, cela nous donne environ 253.15K.

Mais il semble difficilement faisable de déterminer la longueur d'onde maxi avec la loi de Wien.

Quelque chose comme 5000/9000 nm.

[gts2]

Mais il semble difficilement faisable de déterminer la longueur d'onde maxi avec la loi de Wien.

T=253 K ; Wien : , d'où , en quoi est-ce difficile ?

[Mephistopolo]

Parce que je suis une quiche en maths

[coussin]

Je signale tout de même que cette longueur d'onde de Wien n'a pas vraiment d'utilité... Le spectre est très plat et ça émet un peu partout.