Construire un petit spectroscope (ou deux...):

    Un spectroscope est un instrument capable de disperser la lumière, c'est à dire d'en séparer les divers composants, ou couleurs, appelées aussi longueurs d'ondes. Lorsque vous voyez un arc en ciel, vous observez un spectre, résultat de la dispersion de la lumière solaire par des gouttelettes d'eau.

    L'élément essentiel de tout spectroscope est donc le disperseur, il en existe de deux types: le prisme et le réseau. Les prismes sont les plus anciens utilisés, mais pas les plus pratiques. Les réseaux, dont nous nous servirons ici, sont faciles à trouver, pour des prix de base très modiques (quelques euros...). Le détail de leur fonctionnement ne sera pas abordé ici, il suffit de savoir qu'il s'agit de surfaces planes, finement striées (plusieurs centaines de traits par millimètre). Certains sont utilisés en réflexion (la lumière est dispersée après avoir subit une réflexion, regardez les reflets d'un CD...), d'autres sont traversés par la lumière (réseaux en transmission), c'est ce dernier type qui sera utilisé ici.

Voici comment se comporte la lumière blanche quand elle traverse un réseau. On obtient plusieurs spectres, de plus en plus dispersés dans les grands ordres, mais de moins en moins lumineux. L'ordre 0, lui, n'a subit aucune dispersion. Il est utile de savoir que plus la densité de traits sera importante, et plus la dispersion sera grande, les grands réseaux sont également les plus résolvants (capables de séparer deux longueurs d'onde très proches).

    Nous en savons maintenant assez pour construire deux exemples de spectroscope:

Spectroscope n:1:

Le réseau est un réseau diapos, par exemple à 510 traits/mm, le tube, de la taille de la diapos, et d'environ d'environ 25 cm de long. La fente sera constituée par une lame de rasoir, coupée en deux dans le sens de la longueur, et dont les deux bords coupants sont parallèlement rapprochés l'un de l'autre le plus possible, et collées sous cache diapos. On peut contrôler le parallélisme à l'oeil, en tenant la fente face au ciel.

    Petit piège à éviter, la fente doit être parallèle aux traits du réseau: Le spectre observé doit être bien rectangulaire, et non pas en forme de parallélogramme écrasé.

    Testez enfin votre oeuvre sur une ampoule à filament, où un spectre continu, donc sans raies doit être visible. Essayez ensuite un tube fluorescent, où vous verrez de très belles raies brillantes, sur un fond coloré. Et enfin, but suprême, pointez le vers le Soleil (c'est sans danger si la fente est bien fine, 0.1mm), ou même sur le fond de ciel bleu lumineux, où, en plus du fond continu, vous devriez voir de fines raies sombres, parallèles à la fente, et caractéristiques des éléments chimiques constitutifs du Soleil. Si vous ne voyez pas de raies, c'est qu'il est probable que votre fente soit trop large. Les raies noirs perpendiculaires à la fente, sont dues à des poussières qui l'obstruent.

Voici le montage le plus simple possible pour capturer le spectre solaire. En dessous, le résultat. Viser sur les nuages ou sur un mur blanc est suffisant...

En voilà une variante, donnant un résultat un peu meilleur: La webcam est débarrassée de son objectif, et équipée d'un ancien objectif de réflex (28 mm). La visée est effectuée sur le fond de ciel pour obtenir le résultat ci-dessus...

Spectroscope n:2:

    Cet instrument peut utiliser la même fente et le même réseau que précédemment, mais le spectre obtenu pourra être analysé bien plus finement. Voici son schéma de principe:

    Il peut être constitué comme ceci, en choisissant judicieusement ses tuyaux:

    Les lentilles L1 et L2 peuvent être les deux objectifs d'une paire de jumelles 7x50, l'oculaire, une lentille de 20mm de focale, voire un oculaire de la paire de jumelles précédemment décortiquée. Le dispositif constitué par L2 et l'oculaire doit être au point sur l'infini. La fente doit être au foyer objet de L1. Pour ce faire, vous pouvez réaliser une autocolimation comme l'indique le schéma suivant:

Placez dans l'ordre une lampe, la fente, L1, et juste contre celle-ci, un miroir plan tourné vers L1. Vous aurez la fente au foyer de L1 quand l'image de la fente sera superposée à la fente...

        Il sera facile d'étalonner ce spectroscope ou de vérifier son fonctionnement avec une source ayant un spectre d'émission. Les lampes à économie d'énergie, ou les tubes fluorescents émettent le spectre du Mercure que voici (longueurs d'ondes en nm):

...Et en vrai, où se superposent des bandes de fluorescence du revêtement interne de la lampe (en émission ci-dessous, alors qu'il est représenté en absorption ci-dessus):

        Cet instrument vous permettra d'explorer avec bien plus de détails, les spectres du Soleil et d'autres sources lumineuse, peut-être quelques étoiles aussi avec un peu plus de matériel. Voici par exemple le spectre du Soleil obtenu avec ce spectroscope (objectifs de 15cm de focale).

(Plus haute résolution en cliquant sur l'image)

Si vous voulez encore mieux, il faut alors passer à un modèle dérivé du précédent, mais plus musclé...