L’ESA (Agence spatiale européenne) a annoncé (Le Monde du 22 septembre) le lancement au 31 août 2008 du futur satellite d’observation Herschel (du nom de l’astronome allemand 1738-1822). Ce satellite observera les régions lointaines de l’univers (donc les plus anciennes), rayonnant dans l’infrarouge (longueur d’onde supérieure au rouge visible, comprise entre 1 micromètre et 1 millimètre), à des températures très froides (juste au-dessus du zéro absolu).Nous nous sommes intéressés à cette occasion à la théorie et aux applications du rayonnement dans l’infrarouge.

La théorie est directement issue du rayonnement du corps noir (qui a donné naissance à la mécanique quantique en 1900), qui nous indique qu’un corps noir (pour simplifier : un corps non perturbé par d’autres types de rayonnement) émet de la lumière suivant cette courbe, le maximum d’émission variant en fonction de la température du corps. La figure ici est à l’échelle des très hautes températures stellaires (par exemple pour le Soleil, à température 5 800K, on trouve un maximum de longueur d’onde 0,5µm proche du jaune) (l’application de l’approximation de Wien du corps noir donne λ en micromètres = 2900 / T) , mais la forme des courbes reste valable à toute température, justement revenons vers des températures plus basses.

La première « application » de la théorie du corps noir à basse température est le fameux rayonnement thermique de fonds cosmologique, découvert par Penzias et Wilson en 1964 en montant une antenne radio : ils captent un rayonnement infrarouge persistant et isotrope de longueur d’onde correspondant à une température juste au dessus du zéro absolu, vers 3K. Ce rayonnement est interprété comme le résidu du rayonnement initial de l’univers très chaud au moment de sa création, il y a environ 13,7 milliards d’années.

Remontons à température terrestre ambiante (on reste dans les basses températures par rapport au rayonnement des étoiles !), et découvrons une deuxième application, plus proche de nous, du rayonnement thermique infrarouge. Elle est tout simplement basée sur le fait que notre corps, à 37°C donc 310K, émet, comme un corps noir, un rayonnement de longueur d’onde environ 10 µm (infrarouge moyen). Ce rayonnement n’est pas mesurable le jour car notre corps et les objets environnants reçoivent la lumière solaire : la nuit, toutefois, ce rayonnement est mesurable et est à la base des caméras infrarouge de vision nocturne, comme vous pouvez en voir dans les films de guerre ou policiers.(image S. Giguère astro-canada.ca)

Notons que l’ensemble des objets vivants ou non rayonnent tel un corps noir : c’est parce que notre corps, à 37°C, est en général plus chaud que les objets ou végétaux environnants (à température ambiante) qu’un contraste s’établit, permettant de voir une personne la nuit.