Fiche méthode 09 🧠 – Lire un spectre (UV/Visible, irradiance)⚓︎
Compétences E2 : Analyser – Interpréter – Argumenter
Cette fiche vous guide pour exploiter les documents spectraux que vous rencontrerez à l'épreuve E2 : spectres d'absorption UV/Visible, spectres d'irradiance, et courbes d'absorbance. Vous ne réalisez jamais la mesure : les données sont fournies.
🎯 Qu'est-ce qu'un spectre ?⚓︎
Un spectre est une représentation graphique qui montre comment une grandeur physique (absorbance, irradiance, transmittance…) varie en fonction de la longueur d'onde (λ).
En cosmétique, les spectres servent à : - Vérifier la conformité d'un produit (concentration d'un actif) - Caractériser la protection d'un filtre solaire (absorption UV) - Comprendre la couleur d'un produit ou d'un colorant - Contrôler la qualité d'un appareil (LED, lampe UV)
📋 Les ondes électromagnétiques : rappel essentiel⚓︎
Le spectre électromagnétique⚓︎
UV-C UV-B UV-A VISIBLE IR
100 nm 280 nm 315 nm 400 nm 780 nm λ
│────────│────────│────────│─────────────────│────────────►
│ │ │ │ V B V J O R │
│ │ │ │ │
Germicide Coup de Bronze Couleurs perçues Chaleur
soleil âge par l'œil
Grandeurs fondamentales⚓︎
| Grandeur | Symbole | Unité | Relation |
|---|---|---|---|
| Longueur d'onde | λ | nm (nanomètre) | — |
| Fréquence | f (ou ν) | Hz | λ = c / f |
| Célérité (lumière dans le vide) | c | m/s | c = 3,00 × 10⁸ m/s |
| Énergie du photon | E | J (ou eV) | E = h × f |
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│ │
│ 📌 RÈGLE CLÉ : │
│ │
│ Plus λ est PETIT → plus l'énergie est GRANDE │
│ UV-C (100 nm) >> UV-A (400 nm) >> IR (> 780 nm) │
│ │
│ C'est pourquoi les UV-B/C sont les plus dangereux │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
📊 Type 1 – Spectre d'absorption UV/Visible⚓︎
Ce que vous recevez à l'examen⚓︎
Un graphique Absorbance = f(λ) montrant à quelles longueurs d'onde une substance absorbe la lumière.
Comment le lire⚓︎
On note que l'absorbance maximale ici \(λ_{max}\) = \(640 \ \ nm\)
Informations à extraire⚓︎
| Élément | Comment le trouver | Ce que ça signifie |
|---|---|---|
| \(λ_{max}\) | Abscisse du pic le plus haut | Longueur d'onde préférentiellement absorbée |
| Largeur du pic | Étendue de la bande d'absorption | Zone spectrale couverte |
| Domaine | UV-C, UV-B, UV-A, visible ? | Type de protection ou couleur |
Application : filtres solaires⚓︎
| Filtre | λ_max | Domaine | Protection |
|---|---|---|---|
| Filtre UV-B | ≈ 310 nm | UV-B | Anti-coup de soleil |
| Filtre UV-A | ≈ 360 nm | UV-A | Anti-vieillissement |
| Filtre large spectre | 290–400 nm | UV-B + UV-A | Protection complète |
Rédaction E2⚓︎
« Le spectre d'absorption du filtre X présente un maximum d'absorption à λ_max = 310 nm, situé dans le domaine UV-B (280-315 nm). Ce filtre absorbe donc principalement les UV-B, responsables des coups de soleil. Cependant, son absorption est faible dans le domaine UV-A (315-400 nm), ce qui limite la protection contre le vieillissement photo-induit. »
📊 Type 2 – Loi de Beer-Lambert (absorbance et concentration)⚓︎
La loi⚓︎
| Symbole | Grandeur | Unité |
|---|---|---|
| A | Absorbance | sans unité |
| ε | Coefficient d'extinction molaire | L·mol⁻¹·cm⁻¹ |
| ℓ | Épaisseur de la cuve (trajet optique) | cm |
| C | Concentration molaire | mol·L⁻¹ |
Conditions de validité⚓︎
- Solution diluée (A < 2, idéalement A < 1)
- Solution limpide (pas de trouble)
- Lumière monochromatique (une seule λ, choisie = λ_max)
Exploitation graphique : droite A = f(C)⚓︎
Méthode pour déterminer une concentration inconnue⚓︎
- Tracer la droite d'étalonnage A = f(C) avec les solutions étalons
- Mesurer l'absorbance \(A_S\) de la solution inconnue
- Reporter \(A_S\) sur le graphique → lire \(C_S\) sur l'axe des abscisses
- Vérifier que \(C_S\) est dans le domaine de linéarité
OU par calcul :
Rédaction E2⚓︎
« La droite d'étalonnage A = f(C) est linéaire et passe par l'origine, ce qui confirme que la loi de Beer-Lambert est vérifiée dans ce domaine de concentration. L'absorbance de la solution inconnue est \(A_S\) = 0,65. Par report graphique, on détermine \(C_S\) = 0,045 mol/L. Cette concentration correspond à une concentration massique de 3,4 g/L, conforme au cahier des charges [3,0 – 4,0 g/L]. »
📊 Type 3 – Spectre d'irradiance (appareils)⚓︎
Ce que c'est⚓︎
Un spectre d'irradiance (ou spectre d'émission) montre ce qu'émet une source lumineuse (lampe UV, LED, soleil…) en fonction de la longueur d'onde.
Ce que vous recevez à l'examen⚓︎
Un graphique Irradiance = f(λ) (en W/m² ou mW/cm²).
Comment le lire⚓︎
| Élément | Ce que ça signifie |
|---|---|
| Pic principal | Longueur d'onde la plus intense émise |
| Largeur d'émission | Gamme spectrale couverte |
| Domaine | UV-C/B/A, visible, IR → danger et usage |
Applications en cosmétique⚓︎
| Appareil | Domaine d'émission | Usage |
|---|---|---|
| Lampe UV-A (36W) | 340–400 nm | Polymérisation vernis semi-permanent |
| LED UV (405 nm) | ≈ 405 nm (étroit) | Polymérisation vernis LED |
| Lampe Wood | 365 nm | Diagnostic cutané |
| LED rouge | 620–640 nm | Photo-rajeunissement |
| LED bleue | 415–420 nm | Anti-acné (action antibactérienne) |
Rédaction E2⚓︎
« Le spectre d'émission de la lampe LED présente un pic étroit centré à 405 nm, dans le domaine UV-A proche / visible violet. Cette longueur d'onde est adaptée à la polymérisation des résines de vernis gel. Le spectre montre une absence d'émission dans les domaines UV-B et UV-C, ce qui limite le risque pour la peau de la cliente lors de l'utilisation en institut. »
🎨 Lien couleur ↔ absorption (visible)⚓︎
Principe⚓︎
Un objet qui absorbe une couleur apparaît de la couleur complémentaire.
Cercle chromatique simplifié⚓︎
| Couleur absorbée | λ absorbée (nm) | Couleur perçue (complémentaire) |
|---|---|---|
| Violet | 380–450 | Jaune-vert |
| Bleu | 450–490 | Orange |
| Vert | 490–560 | Rouge-violet |
| Jaune | 560–590 | Bleu-violet |
| Orange | 590–630 | Bleu |
| Rouge | 630–780 | Bleu-vert (cyan) |
Application⚓︎
Si un colorant capillaire absorbe à \(λ_{max}\) = 480 nm (bleu), il apparaît orange.
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│ │
│ 📌 ASTUCE : │
│ │
│ Couleur vue = couleur COMPLÉMENTAIRE de celle absorbée │
│ (diamétralement opposée sur le cercle chromatique) │
│ │
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⚠️ Erreurs fréquentes⚓︎
| Erreur | Correction |
|---|---|
| Confondre absorption et émission | Absorption = ce que la substance RETIENT ; Émission = ce que la source ÉMET |
| Lire λ_max sur l'axe des ordonnées | λ_max se lit sur l'axe des abscisses (longueurs d'onde) |
| Confondre absorbance et transmittance | A élevée = absorbe beaucoup = transmit peu (T = 10⁻ᴬ) |
| Oublier les unités de C dans Beer-Lambert | C en mol/L (pas en g/L, sauf si ε est adapté) |
| Conclure sans comparer à une référence | Toujours comparer au cahier des charges ou à une norme |
| Dire "la lampe absorbe les UV" | La lampe émet ; c'est le filtre solaire qui absorbe |
✅ Checklist E2 – Spectres⚓︎
Pour un spectre d'absorption⚓︎
| Critère | ✓ |
|---|---|
| J'ai identifié λ_max (abscisse du pic) | ☐ |
| J'ai situé λ_max dans le bon domaine (UV-C/B/A, visible) | ☐ |
| J'ai relié le domaine à une propriété cosmétique | ☐ |
| J'ai comparé à une référence ou un cahier des charges | ☐ |
Pour Beer-Lambert⚓︎
| Critère | ✓ |
|---|---|
| J'ai vérifié les conditions de validité (A < 2, solution limpide) | ☐ |
| J'ai lu ou calculé C correctement (unités !) | ☐ |
| J'ai converti en concentration massique si demandé (Cm = C × M) | ☐ |
| J'ai comparé au cahier des charges et conclu | ☐ |
Pour un spectre d'irradiance⚓︎
| Critère | ✓ |
|---|---|
| J'ai identifié le pic d'émission principal | ☐ |
| J'ai situé le domaine d'émission | ☐ |
| J'ai relié à l'usage de l'appareil | ☐ |
| J'ai évalué le risque éventuel (UV-B/C émis ?) | ☐ |