Absorbance

Présentation

L'absorbance mesure la capacité d'un milieu à absorber la lumière qui le traverse. On utilise aussi les termes densité optique, opacité ou extinction selon les domaines avec des expressions mathématiques qui diffèrent légèrement.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

En photographie, l'opacité O désigne, dans le cas d'une observation par transmission, l'inverse du coefficient de transmission T^[2], alors également nommé transparence, ou, dans le cas d'une observation par réflexion, l'inverse de la réflectance ρ.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

En spectrophotométrie, notamment pour les mesures de concentrations en chimie, l'absorbance A est le logarithme décimal du rapport entre l'intensité énergétique I₀ à une longueur d'onde donnée, avant traversée du milieu, et l'intensité énergétique transmise I : {\displaystyle A=\log _{10}{\frac {I_{0}}{I}}=-\log _{10}T=\log _{10}O.}! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

Cette définition, fondée sur le logarithme décimal, est la plus couramment utilisée en chimie analytique et en spectrophotométrie. En optique et physique on utilise souvent l'absorbance népérienne {\displaystyle A_{\mathrm {e} }}, fréquemment notée simplement {\displaystyle A} dans la littérature, ce qui peut être source de confusion^[3] : {\displaystyle A_{\mathrm {e} }=-\ln T=-\ln {\frac {I}{I_{0}}}=A\ln 10.}! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

Les deux définitions sont équivalentes et conduisent respectivement aux écritures {\displaystyle I=I_{0}\,10^{-A}} et {\displaystyle I=I_{0}\,e^{-A_{\mathrm {e} }}}.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

L'absorbance diffère selon la nature de la substance étudiée, selon la longueur d'onde sous laquelle elle est analysée, et selon la concentration de cette substance dans le milieu traversé. Ce milieu peut être solide, liquide ou gazeux, pour autant qu'il soit transparent. Elle est couramment mesurée par un spectrophotomètre. Elle prend théoriquement une valeur entre 0 et l'infini, mais techniquement il n'est pas aisé de mesurer un rapport supérieur à mille. Les spectrophotomètres usuels ne donnent donc pas de valeur d'absorbance supérieure à 3. Pour étudier une substance fortement absorbante, il faut en diminuer l'épaisseur ou la concentration.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

En photographie, la densité optique D est équivalente à l'absorbance en spectrométrie, mais toujours mesurée dans le domaine de sensibilité des surfaces sensibles.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Elle est utilisée pour caractériser les filtres colorés, correcteurs de température de couleur ou à densité neutre mais aussi la transparence d'une pellicule photographique développée.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Grandeurs caractéristiques d'atténuation

En radiométrie, on définit les quantités suivantes pour un milieu de longueur l et d'indice réfraction n traversé par une lumière d'intensité incidente I₀ et d'intensité transmise I.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Lorsqu'on s'intéresse à la lumière réfléchie par un objet, et non à la lumière qu'il transmet, les définitions ci-dessus s'appliquent toujours en remplaçant la transmittance T par la réflectance ρ.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Par exemple, pour :! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

• la neige, ρ = 93 % et D = 0,03 ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• le gris de référence, ρ = 18 % et D = 0,744 ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• le velours noir, ρ = 0,4 % et D = 2,40.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Opacité et densité optique en photographie

Photométrie et prise de vue

Article détaillé : Filtre (optique).! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Dans le domaine de la photographie, les fabricants de filtres renseignent leur documentations techniques :! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

• avec les transmittances spectrales ou les densités spectrales pour les filtres colorées ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• avec la densité globale pour les filtres à densité neutre ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• avec le nombre de diaphragmes qu'il faut ouvrir pour compenser la perte de luminosité de la scène : ce nombre est alors noté stop-value.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Dans le dernier cas, le filtre ne laisse passer qu'un huitième de la lumière : le photographe devra, pour maintenir la même exposition lumineuse, soit ouvrir de trois « diaph », soit multiplier par 8 le temps de pose. En photographie numérique, il est aussi possible de multiplier par 8 la sensibilité ISO. En vidéo, on peut ajouter trois fois un gain de 6 dB, soit 18 dB.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Sensitométrie argentique

Article détaillé : Sensitométrie.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

La densité optique est le plus souvent définie à partir de la transmittance^[5],[2] : {\displaystyle D=-\log _{10}T=\log _{10}O.}! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

Dans le cas fréquent d'un négatif ou interpositif destiné à la reproduction, la densité se mesure dans le domaine de sensibilité de la pellicule qui doit reproduire. En noir et blanc, ces surfaces destinées à la reproduction sont la plupart du temps non chromatisées, sensibles uniquement au bleu. En couleurs, on mesure normalement avec des filtres correspondant aux trois couleurs primaires.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Pour les pellicules photographiques la densité optique après développement dépend du logarithme de l'exposition lumineuse et la relation est représentée sur la courbe caractéristique. La pente de la partie droite de la courbe est d'autant plus élevée que le film est contrasté. Cette pente est appelée le gamma de la pellicule. Il en va de même pour le tirage sur papier photographique.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Lois de l'absorption de la lumière

Soit un faisceau de lumière monochromatique qui traverse une couche de matière transparente (comme un morceau de glace par exemple). Une part de l'énergie rayonnante passera à travers cette substance (énergie transmise), mais une partie sera réfléchie et une autre absorbée. La conservation de l'énergie incidente se traduit par la relation : {\displaystyle I_{\mathrm {i} }=I_{\mathrm {a} }+I_{\mathrm {r} }+I_{\mathrm {t} }} où! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

• I_i est l'intensité énergétique incidente ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• I_a est l'intensité énergétique absorbée ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• I_r est l'intensité énergétique réfléchie ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• I_t est l'intensité énergétique transmise.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

L'énergie perdue par la réflexion est minimisée en effectuant des mesures en incidence normale (angle pour lequel la réflexion partielle est faible). Elle est prise en compte en comparant l'énergie transmise à celle passant dans un système équivalent (même matériau, même géométrie) mais ne contenant pas la substance à analyser (par exemple une cellule de référence en spectroscopie usuelle). On s'intéressera alors à la relation entre énergie incidente et énergie transmise. Cette relation a été formulée par Pierre Bouguer en 1729. La loi de Bouguer (connue aussi comme la loi de Lambert) consiste en deux parties : la première définit la transmittance, la seconde la variation de l'absorbance en fonction de l'épaisseur de la couche de substance traversée par la lumière.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Loi de Bouguer

Comme convenu précédemment, l'énergie transmise par un milieu homogène est proportionnelle à l'énergie appliquée sur celui-ci. Ainsi, l'énergie transmise par celui-ci sera toujours une partie de l'énergie totale appliquée. Ce rapport est défini comme la transmittance T, qui s'exprime donc comme {\displaystyle T={\frac {I_{\mathrm {t} }}{I_{\mathrm {i} }}}}. Pour une substance donnée, avec une épaisseur et une longueur d'onde définies, T est une constante.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

Supposons qu'une substance, d'un centimètre d'épaisseur permet à 50 % de l'énergie reçue de la traverser. Autrement dit, sa transmittance vaut 0,5. Si cette lumière obtenue passe par une deuxième couche de même épaisseur, une nouvelle fois seuls 50 % de celle-ci réussiront à passer à travers. Au passage successif par les deux couches, seulement 25 % de l'énergie de la lumière incidente ont été transmis par 2 cm de cette substance (0,5 x 0,5 = 0,5² = 0,25). De même, 3 cm transmettront 12,5 % du total reçu (0,5 x 0,5 x 0,5 = 0,5³ = 0,125). Il s'agit donc là d'une progression géométrique : la transmittance ne diminue donc pas d'une manière linéaire quand l'épaisseur augmente, mais exponentielle (voir figure). En conséquence, le logarithme de T (log T) diminue linéairement en fonction de l'épaisseur^[1].! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Le changement subi par l'énergie rayonnante {\displaystyle I} en fonction de la longueur du trajet optique traversé {\displaystyle l}, est défini par la relation :{\displaystyle {\frac {\mathrm {d} I}{\mathrm {d} l}}=-kI},où {\displaystyle k} est une constante de proportionnalité.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

En intégrant cette équation, on obtient : {\displaystyle \int _{I_{0}}^{I}{\frac {\mathrm {d} I}{I}}=-k\int _{0}^{l}\mathrm {d} l},d'où :{\displaystyle \ln {\frac {I}{I_{0}}}=-kl}.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

Pour les chimistes, on remplace le logarithme népérien par le logarithme décimal en divisant le facteur {\displaystyle k} par ln 10 ≈ 2,303 et en incorporant le résultat dans une nouvelle constante notée {\displaystyle a} :{\displaystyle \log _{10}{\frac {I}{I_{0}}}=-al},donc :{\displaystyle -\log _{10}T=al}.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

On définit maintenant l'absorbance par :{\displaystyle A=-\log _{10}T=al},où {\displaystyle a} est le coefficient d'absorption ou l'absorptivité du milieu, exprimé en m⁻¹ ou cm⁻¹.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

Dans une solution, on peut diviser le coefficient d'absorption par la concentration molaire des entités contenues dans le volume traversé par un faisceau lumineux : {\displaystyle \varepsilon ={\frac {a}{c}}=-{\frac {1}{lc}}\log _{10}{\frac {I}{I_{0}}}={\frac {A}{lc}}}, où! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

• ε est le coefficient d'absorption molaire ou l'absorptivité molaire de l'entité en solution, exprimée en L⋅mol⁻¹⋅cm⁻¹ ;! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• c est la concentration molaire, exprimée en mol⋅L⁻¹ ou en mol⋅m⁻³.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Le coefficient d'absorption molaire dépend de la nature du corps absorbant, de la longueur d'onde choisie et de la température.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Loi de Beer-Lambert

Pour plus de détails, voir l'article Loi de Beer-Lambert! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Utilisant le même raisonnement que celui de la loi de Bouguer, August Beer propose en 1852 une équation reliant l'absorbance et la transmittance à la concentration d'une substance en solution. La loi est énoncée de la manière suivante : {\displaystyle A=-\log _{10}T=al}.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

L'absorptivité a peut être remplacée dans l'équation par le coefficient d'extinction molaire ε comme défini précédemment. Alors, par la combinaison des deux équations, on obtient la loi de Beer–Bouguer mieux connue comme la loi de Beer–Lambert : {\displaystyle A=\varepsilon lc}.! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

Lorsque l'on utilise l'absorbance népérienne {\displaystyle A_{\mathrm {e} }}, la loi de Beer-Lambert s'écrit sous la forme {\displaystyle I=I_{0}e^{-\alpha l}} où {\displaystyle \alpha } est le coefficient d'absorption népérien. Les deux formulations sont équivalentes puisque {\displaystyle A_{\mathrm {e} }=A\ln 10,\qquad \alpha =\varepsilon c\ln 10.}! À revérifierÀ revérifier Le contrôle conservé ne couvre pas précisément le texte et le contexte actuellement affichés.×

La mesure de l'absorbance se fait grâce à un spectrophotomètre. l est la longueur du chemin optique traversé par la lumière dans la solution en cm. En pratique, cette longueur correspond à l'épaisseur de la cuve de mesure (généralement prise de 1 cm).! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Cette loi permet aux chimistes de déterminer la concentration inconnue d'un ou plusieurs éléments dans une solution donnée. Toutefois, cette proportionnalité entre la concentration et l'absorbance ne serait plus applicable pour c > 0,01 mol⋅L⁻¹ (car le phénomène de réflexion n'est plus négligeable).! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Colorimétrie

Si un élément n'absorbe pas assez la lumière pour effectuer des mesures correctes, on le fait réagir avec un autre élément pour que le produit de la réaction affiche une couleur bien visible. L'intensité de la coloration obtenue est proportionnelle à la concentration réelle.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Turbidimétrie

La turbidimétrie se base sur un système de détection optique qui mesure la turbidité, c'est-à-dire la concentration de très petites particules en suspension dans une solution (mg⋅L⁻¹). La lumière transmise à travers un milieu turbide dépend de la concentration en objets diffusants et de leurs sections efficaces d’extinction, donc de leurs tailles, leurs formes, leurs indices de réfraction, et de la longueur d’onde considérée. Pour de faibles concentrations, l'intensité transmise peut être déterminée par la loi de Beer–Lambert. La mesure de l'intensité transmise permet ainsi, de remonter à la distribution de taille et à la concentration des particules absorbantes.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Notes et références

Bibliographie

• (en) Mahmoud M. Abdel-Monem et James G. Henkel (ill. Richard D. Heaney), Essentials of drug product quality : concepts and methodology, Saint Louis, The Mosby Company, 1978, 274 p. (ISBN 978-0-801-60031-9, OCLC 3542228), p. 30-133.! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• (en) IUPAC, Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry : The IUPAC Green Book, Royal Society of Chemistry, 2023, 4^e éd. (ISBN 978-1-83916-318-0, lire en ligne)! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• René Bouillot, Cours de photographie : Technique et pratique, Paris, Dunod, 1991 (ISBN 2-10-000325-9), p. 89! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• José-Philippe Pérez, Optique : Fondements et applications, Paris, Dunod, coll. « Enseignement de la physique », 2004, 7^e éd. (ISBN 2-10-048497-4)! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Références

• Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Opacité » (voir la liste des auteurs).! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

• Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Densité optique » (voir la liste des auteurs).! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Voir aussi

Articles connexes

• Opacité! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• Spectrophotométrie! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• Spectrométrie d'absorption! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• Transfert de rayonnement! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

Autres grandeurs en lien avec l'absorption

• Facteur d'absorption! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• Extinction (astronomie)! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• Coefficient d'extinction! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• Coefficient d'absorption! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×
• Absorptivité molaire! Non vérifiéNon vérifié Ce passage ne dispose pas encore de vérification factuelle exploitable.×

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