Les molécules bi-atomiques et symétriques (O2, N2, H2...) sont très peu absorbantes dans le domaine infrarouge lointain (4 à 40 μm, domaine du spectre IR terrestre). Les molécules triatomiques ou non symétriques (H2O, CO2, CH4, CO...) sont beaucoup plus absorbantes.
L'absorption infrarouge par une molécule polyatomique se traduit par deux types de vibration : la vibration d'élongation (vue précédemment) et la vibration de déformation (variation d'un angle de valence). Une molécule peut être modélisée comme un ensemble d'oscillateurs couplés mécaniquement.
Le dioxygène absorbe le rayonnement proche infrarouge dans une bande très étroite autour de 0,75 μm.
Les molécules de CO2 de l'atmosphère émettent du rayonnement infrarouge thermique, dont l'énergie est fournie par des collisions avec les molécules de O2 et de N2 et non pas par le rayonnement infrarouge thermique absorbé. Les molécules “rougeoient dans l'obscurité” par leur rayonnement infrarouge thermique.
Pour qu'une vibration soit active en spectroscopie infrarouge, il faut qu'elle entraîne une variation du moment dipolaire µ de la molécule. Les modes doublement ou triplement dégénérés sont caractérisés par une même fréquence de vibration.
D'autre part, les molécules diatomiques hétéronucléaires telles que CO, NO, CN, HCl possèdent un moment dipolaire qui change avec la longueur de la liaison. Ainsi, les molécules hétéronucléaires diatomiques sont actives en IR.
Les molécules de dioxyde de carbone (CO 2 ) peuvent absorber l'énergie du rayonnement infrarouge (IR).
Les gaz à effet de serre présents dans l'atmosphère (tels que la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone) absorbent la majeure partie du rayonnement infrarouge à ondes longues émis par la Terre, qui réchauffe la basse atmosphère.
De plus, le dioxyde de carbone, l’ozone et l’oxygène absorbent également une grande partie du rayonnement infrarouge, ce qui permet à très peu d’atteindre le sol. Outre la vapeur d’eau, les masses d’eau à la surface de la Terre absorbent également bien les longueurs d’onde IR. Le verre, le plexiglas, le bois, la brique, la pierre, l'asphalte et le papier absorbent tous le rayonnement infrarouge.
Lorsque les molécules absorbent le rayonnement IR, des transitions se produisent d’un état vibrationnel fondamental à un état vibrationnel excité (Figure 1). Pour qu’une molécule soit active dans les IR, il doit y avoir un changement dans le moment dipolaire en raison de la vibration qui se produit lorsque le rayonnement IR est absorbé.
Si le diazote, qui est pourtant majoritaire, n'est pas absorbé par les êtres vivants, c'est le dioxygène qui permet la respiration des êtres vivants. Le dioxygène est rejeté dans l'air par le processus de photosynthèse des végétaux effectué durant la journée.
Il conviendra d'utiliser du gaz carbonique pur ou un mélange gaz carbonique / azote dans une proportion dépendant du taux d'humidité et de la flore microbienne endogène de ces produits.
Notre atmosphère contient 21% d' oxygène. Cette proportion est stable, car la production de gaz carbonique, consommatrice d'oxygène, est équilibrée par la production d'oxygène par photosynthèse. Cette dernière est essentiellement assurée par le plancton océanique.
Les molécules diatomiques asymétriques, par exemple le CO , absorbent dans le spectre IR. Les molécules plus complexes ont de nombreuses liaisons et leurs spectres vibrationnels sont en conséquence plus complexes, c'est-à-dire que les grosses molécules ont de nombreux pics dans leur spectre IR.
Lorsque la vibration d'une liaison est excitée, la molécule absorbe le rayonnement et la transmittance chute. Cela génère sur le spectre des bandes d'absorption de différentes largeurs et de différentes intensités pointant vers le bas.
Un spectre d'absorption est un spectre obtenu en analysant une lumière blanche qui a traversé une substance. Lorsque la lumière blanche traverse une solution aqueuse, certaines radiations présentes initialement sont absorbées. Le spectre obtenu présente des bandes noires appelées bandes d'absorption.
Tout matériau électriquement conducteur bloque le rayonnement infrarouge. Plus il y a de conductivité, plus il y a de blocage. Tout rayonnement infrarouge sera bloqué par la feuille d’aluminium puisqu’il s’agit d’un matériau hautement conducteur.
Les métaux sont opaques aux longueurs d'onde IR . En effet, les métaux se caractérisent par leurs grandes concentrations d’électrons libres, propriété qui leur confère leur nature hautement réfléchissante (25).
L'absorption du cuivre pour le rayonnement laser infrarouge n'est au début de l'interaction laser-matière que de 3 à 5 % (Fig. 1 à gauche, marquage rouge) et augmente (a) en fonction de la température locale du cuivre chauffé (Fig.
Le CO2 et les CFC absorbent le rayonnement IR. La propriété du CO2 d’absorber et de réémettre le rayonnement infrarouge entraîne un effet de serre. Parmi tous les gaz à effet de serre, les CFC possèdent la plus grande capacité à absorber le rayonnement IR. L'azote et l'oxygène n'absorbent pas le rayonnement IR.
Une spectroscopie infrarouge peut ainsi avoir différentes finalités: Identifier et caractériser une molécule inconnue, en référençant ses liaisons. Tester la présence ou l'absence d'une molécule dans un échantillon. Dans certains cas, procéder à un dosage d'une espèce chimique.
Sources et caractéristiques du rayonnement infrarouge
Il faut y inclure les êtres humains et les animaux qui nous entourent, mais aussi les ampoules à incandescenceampoules à incandescence et même les LED. Parmi les sources d'infrarouges les plus communes, on peut aussi citer les télécommandes.
Les molécules polaires ont des moments dipolaires. Dans des conditions normales, ces molécules sont soumises à des vibrations continues telles que l'étirement, la flexion, etc. Tout changement du moment dipolaire par rayonnement signifie son absorption par les molécules .
La vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane et d'autres gaz traces présents dans l'atmosphère terrestre absorbent les longueurs d'onde plus longues du rayonnement infrarouge sortant de la surface de la Terre.
L'atmosphère terrestre absorbe relativement peu le rayonnement solaire qu'elle reçoit, mais absorbe en grande partie le rayonnement thermique émis par la surface terrestre (essentiellement situé dans l'infrarouge).