Production d’un rayonnement par création de photons, au détriment d’une quantité d’énergie égale cédée par le corps émetteur. Suivant l’origine et la nature de cette énergie, on a différents types d’émissions :
Si le corps émetteur transforme l’énergie qui lui est fournie en chaleur et s’il la perd par rayonnement, on dit qu’il y a rayonnement par incandescence ou thermique ;
Si une partie de l’énergie rayonnée a une origine autre que l’énergie calorifique, il y a rayonnement par luminescence*.
Seul ce second type de rayonnement fera l’objet du présent article (v. rayonnement thermique).

Divers modes de luminescence

Certains corps émettent de la lumière visible à une température inférieure à celle qu’exige l’incandescence : il y a thermoluminescence. Ainsi, la projection de poudre de craie sur une surface chaude produit ce phénomène.

Certaines substances émettent quand elles sont soumises à une action mécanique : il y a triboluminescence. Ce phénomène se produit par exemple en frottant l’un contre l’autre deux morceaux d’une assiette en porcelaine ou en broyant certains corps comme la craie ou le sucre.

Certaines réactions chimiques sont accompagnées d’émissions de lumière. Ce phénomène de chimiluminescence se produit par exemple lors de la putréfaction de certains bois humides.

Sous l’action d’un champ électrique intense, certaines substances émettent de la lumière : il y a électroluminescence.

Certains corps, recevant un rayonnement électromagnétique, émettent des radiations de longueurs d’onde différentes : il y a photoluminescence.

Du point de vue atomique ou moléculaire, ces divers types de luminescence se classent en deux groupes. Le premier correspond aux émissions dues aux chocs de particules : électrons, ions ou molécules, accélérés par un champ électrique ou une élévation de température. Le second groupe est l’émission due à l’action d’une lumière incidente. Nous limiterons notre étude à deux types représentatifs de chacun de ces deux groupes : l’électroluminescence et la photoluminescence.

L’électroluminescence

Elle se produit lors du passage d’une décharge électrique à travers un gaz raréfié ou encore dans l’étincelle ou dans l’arc électrique.

• Enfermons un gaz raréfié dans un tube de verre ayant la forme de deux ampoules (fig. 1) réunies par un tube capillaire (tube de Geissler) et appliquons une différence de potentiel assez élevée aux bornes des deux électrodes.

On constate que le tube devient lumineux, l’émission étant plus intense dans la partie capillaire.

On peut aussi produire cette décharge à l’aide d’un tube sans électrodes, placé à l’intérieur d’un solénoïde dans lequel on fait passer la décharge d’un circuit oscillant à haute fréquence. Le champ électrique communique aux ions une vitesse suffisante pour exciter les molécules.

• Si une tension très élevée est appliquée aux bornes des électrodes, une étincelle peut se produire. Elle donne naissance à une émission de lumière dont le spectre est à la fois celui de la substance constituant les électrodes et celui du gaz qui les entoure. Ce mode d’excitation libère une très grande énergie, et cela pendant un temps très court.

L’arc électrique est, comme l’étincelle, une décharge électrique, mais la cathode, très chaude, émet une quantité notable d’électrons, ce qui a pour conséquence qu’il suffit d’une différence de potentiel relativement faible pour maintenir l’arc, l’intensité du courant pouvant être grande.

• Dans la plupart des cas, le spectre de la lumière émise est discontinu. S’il se compose de radiations monochromatiques, on a un spectre de raies produit par les atomes des divers éléments. Si le spectre a l’aspect d’une série de bandes lumineuses, présentant une limite nette d’un côté (appelée arête de la bande) et dégradée de l’autre côté, on a un spectre de bande, qui est dû aux molécules.

Ainsi de l’azote placé dans un tube de Geissler donne un spectre de bande, l’excitation n’étant pas suffisamment forte pour dissocier la molécule. Par contre, dans l’étincelle électrique, on observe un spectre de raies dues à l’atome d’azote, car ce type d’excitation est assez énergétique pour dissocier la molécule.

La comparaison du spectre de raies d’une même substance obtenu par étincelle et de celui qui est obtenu par l’arc montre qu’ils sont différents. Cela est dû au fait que le spectre d’arc est produit par l’atome neutre, le spectre d’étincelle provenant de l’atome ionisé. L’augmentation de la température ou du champ électrique a pour effet d’augmenter l’ionisation. Ainsi, l’observation du spectre au voisinage d’une électrode très chaude d’un arc donne un spectre semblable à celui qui est produit par l’étincelle, l’atome s’étant ionisé. Par contre, dans l’arc proprement dit, la température étant plus faible, on ne trouve que les raies caractéristiques de l’atome neutre.

Photoluminescence

• Un corps est photoluminescent si, recevant un rayonnement, il le transforme en un autre, d’ailleurs émis dans toutes les directions. Les phénomènes de photoluminescence se divisent en deux catégories : la fluorescence et la phosphorescence.

Si on éclaire une solution de fluorescéine par un faisceau de lumière violette on observe une émission de lumière verte. Si l’on supprime la radiation excitatrice, cette émission cesse pratiquement en même temps. Il y a fluorescence.

Si on remplace la fluorescéine par du sulfure de zinc calciné, on constate que l’émission persiste, parfois durant des heures, bien que la lumière excitatrice ait cessé d’agir. Il y a phosphorescence.

En fait, il n’y a pas une démarcation nette entre ces deux phénomènes, car la fluorescence ne cesse pas instantanément. Il convient de réserver le nom de fluorescence au corps dont l’émission cesse environ 10^–8 s après l’excitation.

Pour différencier une phosphorescence brève d’une fluorescence retardée, il suffit de regarder l’influence de la température qui n’agit pas sur la fluorescence, mais sur la phosphorescence (celle-ci cesse pour une température basse, variable suivant le corps).

• L’ensemble de radiations monochromatiques qui sont capables d’exciter la photoluminescence constitue le spectre d’excitation E, qui est caractéristique de la substance photoluminescente. L’ensemble des radiations émises par le corps constitue son spectre de photoluminescence P.