Chromatographie : méthode physico-chimique de séparation des constituants d'un mélange. Dans l'expérience de base illustrée sur le schéma ci-dessous, un liquide (l'éluant) se déplace dans une colonne au contact d'un solide et en présence de l'échantillon à analyser. Suivant leurs interactions avec le liquide (solubilité) et le solide (adsorption), les différents composés présents dans l'échantillon sont entrainés à des vitesses différentes et peuvent ainsi être détectés ou récupérés séparément en sortie de colonne. L'efficacité de cette méthode dépend de nombreux paramètres, comme la température, la longueur de la colonne, et surtout les choix du liquide et du solide. Pour déterminer les colorants présents dans l'encre des feutres, nous utilisons un dispositif légèrement différent dans lequel le liquide migre par capillarité sur un papier filtre.


Colorants alimentaires CMJ

Colorants (voir aussi pigments) : espèces chimiques solubles dans le milieu qu’ils colorent, par opposition aux pigments qui sont non solubles. Les colorants sont notamment utilisés dans le textile, l’alimentation et les cosmétiques. Ils peuvent être d’origine naturelle. Ils sont alors extraits de plantes (betterave, garance, …) ou d’animaux (murex pour le pourpre, cochenille pour le carmin, ...). Mais ils sont aujourd’hui le plus souvent synthétiques, c’est-à-dire obtenus par des réactions chimiques. Par exemple, l’indigo qui sert à teinter les blue-jeans, autrefois extrait de plantes comme le pastel et l’indigotier, est aujourd’hui produit par l’industrie chimique.

Remarque : dans d’autres contextes, le mot colorant désigne plutôt l’ensemble des espèces chimiques colorées, les substances solubles étant alors appelées teintures.


Pigments (voir aussi colorants) : espèces chimiques non solubles dans le milieu qu’ils colorent, par opposition aux colorants qui sont solubles. Ils sont notamment utilisés comme base colorante des peintures, des encres, des verres ou des matières plastiques. Ils se présentent généralement sous forme de poudres constituées de particules de tailles micrométriques. Étant non solubles, il est nécessaire de leur ajouter un liant pour pouvoir les utiliser en peinture : huile de lin pour la peinture à l’huile, eau et résine pour la peinture acrylique, eau et gomme arabique pour l’aquarelle et la gouache. Les pigments peuvent être d’origine naturelle (charbon de bois, ocres, lapis-lazuli, ...) ou synthétiques (bleu Guimet, mauvéine, bleu de cobalt, ...).  

En biologie, le terme de pigment désigne les espèces chimiques naturelles qui donnent leurs couleurs aux organismes vivants, comme la chlorophylle responsable de la couleur verte des végétaux, ou les opsines présentes dans les cônes de notre rétine, responsables de leurs différentes sensibilités à la composition spectrale de la lumière qu’ils reçoivent.


Réflexion spéculaire, réflexion diffuse et diffusion : quand un rayon lumineux arrive sur une surface lisse, il peut ne presque pas pénétrer dans le volume du matériau et rebondir comme une balle sur un mur. Ce type de réflexion, qu'on appelle spéculaire, conserve la direction relative des rayons incidents et donc ne déforme pas les images, d'où  l'aspect "miroir" des surfaces lisses, qualifiées de "brillantes". Si la surface présente des aspérités, les rayons rebondissent dans des directions dépendant de l'orientation locale de la surface à l'endroit où ils la touchent, ce qui peut renvoyer la lumière a priori dans toutes les directions. On parle alors de réflexion diffuse, la surface est dite "mate". Dans ces deux cas où la lumière n'interagit pas avec le volume du matériau, sa composition spectrale n'est pas affectée : le reflet a la même couleur que la lumière incidente.

Mais que signifie "lisse" ? Aucune surface n'est rigoureusement lisse, c'est une question d'échelle. Pour la lumière, une surface est lisse si la taille caractéristique de ses aspérités est inférieure à la longueur d'onde, donc typiquement inférieure au micromètre (millième de mm). L'aspect d'une surface ne dépend donc pas seulement du matériau qui la constitue mais aussi de sa rugosité : froissez une feuille de papier aluminium ou grattez une surface polie, vous verrez qu'elle devient moins brillante.

Et que se passe-t-il si la lumière pénètre plus profondément dans le volume du matériau ? Elle peut alors être diffusée c’est-à-dire renvoyée dans toutes les directions par les inhomogénéités présentes dans le volume, si celles-ci sont en nombre suffisant et de taille assez grande (ici encore : plus grande que la longueur d'onde de la lumière). Si certaines composantes spectrales sont absorbées par le matériau, la lumière diffusée pourra avoir une couleur différente de celle de la lumière incidente : c'est ce qu'on appelle la couleur de l'objet ! (on devrait dire "la couleur de la lumière diffusée par l'objet" ...).


Spectromètre : appareil de laboratoire composé d'un réseau diffractant et d'un capteur, qui permet de prendre en photo le spectre de la lumière, un peu comme nous proposons de faire ici avec un CD mais de façon plus précise. Relié à un ordinateur permettant de numériser et de traiter le signal, il fournit une courbe quantifiant la lumière transmise pour chaque longueur d'onde. On l'utilise pour deux types d'applications :

- Si on observe les composantes de lumière pure émises par une source lumineuse, on fait de la spectroscopie d'émission. On s'en sert pour obtenir des informations sur la matière par l'étude de la lumière qu'elle émet (voir l'expérience avec les lampes et un CD).

- Si on regarde quelles composantes de lumière pure sont absorbées par un objet coloré, on fait de la spectroscopie d'absorption. On s'en sert pour obtenir des informations sur la matière par l'étude de la lumière qu'elle absorbe (voir l'expérience avec les filtres et un CD).