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Physique-Chimie 1re

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Problèmes à résoudre




28
ChemCam, les yeux de Curiosity ?

RAI/ANA : Élaborer un protocole

COM : Rédiger une réponse argumentée

Voir les réponses

ChemCam (Chemistry Camera) est un des dix instruments embarqués par le rover Curiosity qui s’est posé sur la planète Mars en août 2012. Cette mission de la NASA a pour objectif de savoir si Mars aurait pu être habitable dans le passé.
Issu d’une collaboration franco-américaine, ChemCam est un spectromètre qui détermine la composition des roches en analysant la lumière d’un plasma créé, issu d’un tir laser sur les roches à analyser.


D’après le sujet Bac S, 2014


À l’aide des documents suivants, proposer un protocole pour vérifier si l’analyseur spectral de ChemCam peut confirmer la présence de l’élément calcium contenu dans une roche.

Doc. 1
Spectre d’émission atomique d’une roche témoin

Spectre d’émission atomique d’une roche témoin
Réalisé par ChemCam lors d’un test de fonctionnement.

Doc. 2
Principe de fonctionnement de ChemCam

ChemCam (entouré en rouge sur le doc. 3) met en oeuvre la technique LIBS (Laser Induced Breackdown Spectroscopy) d’analyse spectroscopique induite par ablation laser. Son laser pulsé émet un rayonnement à 1 067 nm. L'action du faisceau laser pulsé de forte puissance provoque un échauffement brutal de la surface éclairée, une vaporisation et une ionisation sous forme d’un plasma.

Dans ces conditions, les atomes et les ions éjectés sont alors dans des niveaux d’énergie excités. En se désexcitant, ils émettent un rayonnement qui est analysé par spectroscopie entre 250 et 900 nm. On obtient ainsi un spectre d’émission atomique. La détermination des longueurs d’onde de raies présentes sur ce spectre permet d’identifier les atomes ou ions présents dans la cible.

D’après msl-chemcam.com.

Doc. 3
Pour l’élément calcium sous forme d’ion Ca+\bf{\text{Ca}^{+}}

ChemCam et le diagramme simplifié des niveaux d’énergie
Diagramme simplifié des niveaux d’énergie.

Retour sur la problématique du chapitre

29
L’aurore polaire

RAI/MOD : Utiliser un modèle avec rigueur


Une aurore polaire est le signe d’une perturbation imprévisible du champ magnétique terrestre par les vents solaires. Elle est le résultat de la collision entre les particules chargées issues du Soleil et les molécules et/ou d’atomes d’oxygène ou d’azote contenus dans la haute atmosphère (>> 60 km). Lors de cette rencontre, les électrons des atomes entrent dans un état excité. Le retour à l’état fondamental s’accompagne d’une libération de photons (lumière) caractéristiques. La couleur vert-jaune est due aux atomes d’oxygène situés à 100 km d’altitude environ. L’énergie du photon émis est E=E = 2,23 eV.

D’après le sujet des olympiades de géoscience, 2016
Voir les réponses

L’aurore polaire

1. Calculer l’énergie du photon en joule (J).


2. Calculer la fréquence puis la longueur d’onde de la radiation. Est-ce cohérent avec l’observation ?


3. Ce photon est-il émis ou absorbé par l’atome d’oxygène ? Justifier.


4. Sans souci d’échelle, représenter la transition sur un diagramme de niveaux d’énergie d’un atome d’oxygène.
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