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La spectrométrie est l'analyse du spectre d'un rayonnement. Le terme « rayonnement » est à prendre au sens large,
puisqu'il peut s'agir d'un rayonnement lumineux, de manière plus large d'un
rayonnement électromagnétique,
mais aussi d'une onde
mécanique comme le son ou les ondes
sismiques, ou encore desparticules. L'appareil permettant d'obtenir un
spectre est un spectromètre.
On parle parfois de spectroscopie, ce terme faisant référence à l'observation visuelle (scope) du spectre ; cela sous-entend une étude qualitative, par exemple l'étude des niveaux d'énergie dans les atomes et molécules, mais pas une quantification.
| Sommaire |
La lumière visible, lorsqu'elle est « dispersée » par un prisme ou un réseau, révèle sa composition ou spectre. L'arc-en-ciel est l'illustration la plus connue d'un spectre, obtenu par la dispersion d'une lumière, celle du soleil, par les gouttes d'eau de la pluie jouant le rôle de disperseur en direction de la lumière du soleil : chaque couleur ou fréquence part dans une direction différente.
On voit ainsi que la lumière peut être décomposée en plusieurs couleurs, et que c'est ce « dosage » entre les différentes couleurs qui donne la couleur finale.
Lorsqu'un instrument joue une note, l'oreille exercée d'un musicien peut déceler plusieurs notes ; par exemple si un piano joue un do, on entendra un de manière faible un do à l'octave supérieure, puis un sol plus aigu, puis encore un do... C'est la notion d'harmonique du son. C'est le dosage entre ces notes qui donne le timbre de l'instrument.
Mais la notion de psectre est plus générale. Prenons par exemple un flot de voitures sur une route. On peut déterminer le nombre n(x) de voitures se trouvant dans une bande de 100 m autour du point kilométrique x, c'est la densité de circulation. On peut aussi déterminer le nombre N(v) de voitures ayant une vitesse v, quelque soit leur position sur la route. On peut dire que N est le spectre en vitesse de la densité de circulation n.
De manière générale, on peut parler de spectre lorsque l'on a deux variables duales, c'est-à-dire lorsqu'une fonction ƒ d'une variable x peut se décomposer en une suite de fonctions g dépendant d'un paramètre y multipliée par une fonction a dépendant de x·y :
soit 
ou de manière plus générale
a(X) étant une fonction standard ; en physique, on ne considère en général que des fonctions sinuso��dales ou des exponentielles complexes pour a(X), par exemple
ou
bien 
.Le passage de ƒ à g est appelé « développement en série de Fourier » lorsqu'il s'agit d'une suite discrète (y prenant des valeurs entières, et « transformée de Fourier » lorsqu'il s'agit d'une fonction continue de y.
En physique, on s'intéresse souvent au spectre en énergie (y = E), c'est-à-dire au nombre de particules ayant une énergie E donnée ; ou bien, on s'intéresse à des variables duales dont le produit est l'énergie (x·y = E). Mais ce n'est pas systématique.
Chaque objet a une couleur caractéristique qui est produite par l'émission de lumière issue des molécules qui le composent et c'est ainsi que la chimie est née de la production de colorants ou molécules pures par chromatographie qui est l'art de séparer les molécules en les dispersant physiquemen par capillarité ou diffusion. Il faut bien sûr éclairer la molécule avec de la lumière .
On arrive ainsi à considérer que la lumière est constituée d'une superposition d'ondes monochromatiques ayant des intensités
bien définies en fonction de la fréquence. On peut alors, en principe, reconstituer une lumière lorsqu'on connaît son spectre, il
faut pour cela réussir à superposer des ondes monochromatiques ayant l'intensité indiquée par la courbe spectrale :
l'intensité lumineuse I en fonction de la fréquence ν : I(ν) Les mathématiciens expriment cela en disant que la fonction
f(t) peut être exprimée dans une base de fonctions et cela s'écrit 
où ω=2π ν
On parle de spectre toutes les fois que l'on a une fonction ayant comme variable l'énergie ou la fréquence (du fait de leur équivalence par la relation de Planck. (E = h ν) où h est une constante fondamentale de la physique appelée constante de Planck.
Le spectre analysé peut être :
La spectrométrie est ainsi utilisée en astronomie pour déterminer la composition d'astres lointains ou pour détecter des nuages de gaz stellaires invisibles. On peut analyser le rayonnement émis par un astre, ou bien analyser le rayonnement absorbé par un nuage de gaz situé devant une étoile (l'étoile sert alors de lampe). C'est ainsi que l'on a découvert l'hélium à partir du spectre canelé du soleil.
De manière globale, l'analyse du spectre peut se faire :
Lorsqu'il s'agit de particules, la spectrométrie consiste à distinguer les différentes particules :
