ÉNERGIE LUMINEUSE: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, OBTENTION, EXEMPLES - SCIENCE - 2025

L' énergie lumineuse ou lumière est la lumière qui transporte une onde électromagnétique. C'est l'énergie qui rend le monde qui nous entoure visible et sa principale source est le Soleil, faisant partie du spectre électromagnétique, avec d'autres formes de rayonnement non visible.

Les ondes électromagnétiques établissent une interaction avec la matière et sont capables de produire divers effets selon l'énergie qu'elles transportent. Ainsi, la lumière permet non seulement de voir les objets, mais génère également des changements dans la matière.

Figure 1. Le Soleil est la principale source d'énergie lumineuse sur Terre. Source: Pixabay.

Caractéristiques de l'énergie lumineuse

Parmi les principales caractéristiques de l'énergie lumineuse figurent:

-Il a une double nature: au niveau macroscopique la lumière se comporte comme une onde, mais au niveau microscopique, elle présente des propriétés de particules.

-Il est transporté par des paquets ou «quanta» de lumière appelés photons. Les photons manquent de masse et de charge électrique, mais ils peuvent interagir avec d'autres particules telles que des atomes, des molécules ou des électrons et leur transférer de l'élan.

-Il ne nécessite pas de milieu matériel pour se répandre. Vous pouvez le faire dans le vide à la vitesse de la lumière: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-L'énergie lumineuse dépend de la fréquence de l'onde. Si nous désignons l'énergie et f comme la fréquence E, l'énergie lumineuse est donnée par E = hf où h est la constante de Planck, dont la valeur est 6,625 10 ^–34 J • s. Plus la fréquence est élevée, plus il y a d'énergie.

-Comme les autres types d'énergie, elle est mesurée en Joules (J) dans le Système international d'unités SI.

-Les longueurs d'onde de la lumière visible sont comprises entre 400 et 700 nanomètres. 1 nanomètre, abrégé en nm, équivaut à 1 x 10 ^-9 m.

-La fréquence et la longueur d'onde λ sont liées par c = λ.f, donc E = hc / λ.

Types d'énergie lumineuse

L'énergie lumineuse peut être classée selon sa source en:

-Naturel

-Artificiel

Figure 2. Le spectre de lumière visible des ondes électromagnétiques est la bande étroite de couleur. Source: F. Zapata.

Énergie lumineuse naturelle

La source naturelle d'énergie lumineuse par excellence est le Soleil. En tant qu'étoile, le Soleil a en son centre un réacteur nucléaire qui transforme l'hydrogène en hélium par des réactions qui produisent d'immenses quantités d'énergie.

Cette énergie quitte le Soleil sous forme de lumière, de chaleur et d'autres types de rayonnement, émettant en continu environ 62 600 kilowatts pour chaque mètre carré de surface -1 kilowatt équivaut à 1000 watts, ce qui à son tour est égal à 1000 joules / seconde-.

Les plantes utilisent une partie de cette grande quantité d'énergie pour réaliser la photosynthèse, le processus important qui forme la base de la vie sur Terre. Une autre source de lumière naturelle, mais avec beaucoup moins d'énergie, est la bioluminescence, un phénomène dans lequel les organismes vivants produisent de la lumière.

La foudre et le feu sont d'autres sources d'énergie lumineuse dans la nature, les premières ne sont pas contrôlables et les secondes accompagnent l'humanité depuis la préhistoire.

Énergie lumineuse artificielle

Quant aux sources artificielles d'énergie lumineuse, elles nécessitent de convertir d'autres types d'énergie, telles que l'électricité, la chimie ou le calorifique, en lumière. Les ampoules à incandescence entrent dans cette catégorie, dont le filament extrêmement chaud émet de la lumière. Ou aussi la lumière obtenue par les processus de combustion, comme la flamme d'une bougie.

Une source d'énergie lumineuse très intéressante est le laser. Il a de nombreuses applications dans divers domaines, notamment la médecine, les communications, la sécurité, l'informatique et la technologie aérospatiale, entre autres.

Figure 3. Une machine de découpe utilise un laser pour effectuer des coupes industrielles de haute précision. Source: Pixabay.

Utilisations de l'énergie lumineuse

L'énergie lumineuse nous aide à communiquer avec le monde qui nous entoure, agissant en tant que transporteur et transmetteur de données et nous informant des conditions environnementales. Les anciens Grecs utilisaient déjà des miroirs pour envoyer des signaux de manière rudimentaire sur de longues distances.

Lorsque nous regardons la télévision, par exemple, les données qu'elle émet, sous forme d'images, parviennent à notre cerveau par le sens de la vue, ce qui nécessite de l'énergie lumineuse pour laisser une empreinte sur le nerf optique.

À propos, pour la communication téléphonique, l'énergie lumineuse est également importante, grâce à des fibres dites optiques qui conduisent l'énergie lumineuse, minimisant les pertes.

Tout ce que nous savons sur les objets éloignés, ce sont les informations reçues par la lumière qu'ils émettent, analysées avec divers instruments: télescopes, spectrographes et interféromètres.

Les premiers aident à collecter la forme des objets, leur luminosité - si de nombreux photons atteignent nos yeux c'est un objet brillant - et leur couleur, qui dépend de la longueur d'onde.

Cela donne également une idée de son mouvement, car l'énergie des photons qu'un observateur détecte est différente lorsque la source qui les émet est en mouvement. C'est ce qu'on appelle l'effet Doppler.

Les spectrographes collectent la façon dont cette lumière est distribuée - le spectre - et l'analysent pour se faire une idée de la composition de l'objet. Et avec un interféromètre, vous pouvez distinguer la lumière de deux sources, même si le télescope n'a pas une résolution suffisante pour faire la distinction entre les deux.

L'effet photovoltaïque

L'énergie lumineuse émise par le Soleil peut être convertie en électricité grâce à l'effet photovoltaïque, découvert en 1839 par le scientifique français Alexandre Becquerel (1820-1891), père d'Henri Becquerel, qui découvrit la radioactivité.

Ceci est basé sur le fait que la lumière est capable de produire un courant électrique, en éclairant des composés de silicium semi-conducteurs qui contiennent des impuretés d'autres éléments. Il arrive que lorsque la lumière illumine le matériau, elle transfère de l'énergie qui augmente la mobilité des électrons de valence, et augmente ainsi sa conduction électrique.

Obtention

Depuis sa création, l'humanité a cherché à contrôler toutes les formes d'énergie, y compris l'énergie lumineuse. Malgré le fait que le Soleil fournit une source presque inépuisable pendant la journée, il a toujours été nécessaire de produire de la lumière d'une certaine manière pour se protéger des prédateurs et continuer à effectuer les tâches commencées pendant la journée.

Il est possible d'obtenir de l'énergie lumineuse grâce à certains processus contrôlables d'une manière ou d'une autre:

-Combustion, lors de la combustion d'une substance, elle s'oxyde, dégageant de la chaleur et souvent de la lumière pendant le processus.

-Incandescence, lors du chauffage d'un filament de tungstène par exemple, comme ceux des ampoules électriques.

Figure 4. Les ampoules à incandescence fonctionnent en faisant passer un courant électrique à travers un filament de tungstène. Lorsqu'il est chauffé, il émet de la chaleur et de la lumière. Source: Pixabay.

-Luminescence, dans cet effet, la lumière est produite en excitant certaines substances d'une manière ou d'une autre. Certains insectes et algues produisent de la lumière, appelée bioluminescence.

-Electroluminescence, il existe des matériaux qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont stimulés par un courant électrique.

Avec l'une de ces méthodes, la lumière est obtenue directement, qui a toujours de l'énergie lumineuse. Maintenant, produire de l'énergie lumineuse en grande quantité est autre chose.

avantage

-L'énergie lumineuse a un rôle particulièrement important dans la transmission de l'information.

-Utiliser l'énergie lumineuse du Soleil est gratuit, c'est aussi une source presque inépuisable, comme nous l'avons dit.

-L'énergie lumineuse, en elle-même, n'est pas polluante (mais certains procédés pour l'obtenir peuvent l'être).

-Dans les endroits où la lumière du soleil est abondante tout au long de l'année, il est possible de générer de l'électricité avec l'effet photovoltaïque et ainsi réduire la dépendance aux énergies fossiles.

-Les installations qui utilisent l'énergie lumineuse du soleil sont faciles à entretenir.

-Une courte exposition au soleil est nécessaire pour que le corps humain synthétise la vitamine D, essentielle à la santé des os.

-Sans énergie lumineuse, les plantes ne peuvent pas réaliser la photosynthèse, qui est la base de la vie sur Terre.

Désavantages

-Il n'est pas stockable, contrairement aux autres types d'énergie. Mais les cellules photovoltaïques peuvent être soutenues par des batteries pour étendre leur utilisation.

-En principe, les installations qui utilisent l'énergie lumineuse sont chères et nécessitent également de l'espace, bien que les coûts aient diminué avec le temps et les améliorations. De nouveaux matériaux et des cellules photovoltaïques flexibles sont actuellement testés pour optimiser l'utilisation de l'espace.

-L'exposition prolongée ou directe au soleil cause des dommages à la peau et à la vue, mais principalement à cause des rayons ultraviolets, que nous ne pouvons pas voir.

Exemples d'énergie lumineuse

Dans les sections précédentes, nous avons mentionné de nombreux exemples d'énergie lumineuse: lumière du soleil, bougies, lasers. En particulier, il existe des exemples très intéressants d'énergie lumineuse, dus à certains des effets mentionnés ci-dessus:

Lumière LED

Figure 5. Les lampes à DEL sont plus efficaces que les lampes à incandescence, car elles dégagent moins de chaleur et émettent de l'énergie lumineuse plus longtemps. Source: Pixabay.

Le nom de la lumière LED dérive de la diode électroluminescente anglaise et est produit en faisant passer un courant électrique de faible intensité à travers un matériau semi-conducteur, qui en réponse émet une lumière intense et haute performance.

Les lampes LED durent beaucoup plus longtemps que les ampoules à incandescence traditionnelles et sont beaucoup plus efficaces que les ampoules à incandescence traditionnelles, dans lesquelles presque toute l'énergie est transformée en chaleur plutôt qu'en lumière. C'est pourquoi les lampes LED sont moins polluantes, même si leur coût est plus élevé que celui des lampes à incandescence.

Bioluminescence

De nombreux êtres vivants sont capables de convertir l'énergie chimique en énergie lumineuse, grâce à une réaction biochimique à l'intérieur d'eux. Les insectes, les poissons et les bactéries, entre autres, sont capables de produire leur propre lumière.

Et ils le font pour différentes raisons: protection, attirer un compagnon, comme ressource pour attraper une proie, pour communiquer et évidemment, pour éclairer le chemin.

Références

1. Blair, B. Les bases de la lumière. Récupéré de: blair.pha.jhu.edu
2. Énergie solaire. Effet photovoltaïque. Récupéré de: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Intégrer la science. 6e. Édition. McGraw Hill.
4. Univers aujourd'hui. Qu'est-ce que l'énergie lumineuse. Récupéré de: universetoday.com.
5. Vedantu. Énergie lumineuse. Récupéré de: vedantu.com.
6. Wikipédia. Énergie lumineuse. Récupéré de: es.wikipedia.org.