Les Spectroscopies : Introduction

Comme nous l'avons précédemment décrit, lors du passage de l'étude des atomes à celle des molécules apparaît un élément nouveau : le positionnement relatif des atomes de la molécule les uns par rapport aux autres. Bien que définis par la structure, ces positions subissent des variations infimes (distances, angles) que l'on regroupe sous le nom de vibrations. Ces vibrations, nous l'avons vu, perturbent les états d'énergie électronique dans la mesure où, par exemple, l'éloignement entre deux atomes à une influence sur l'énergie nécessaire à leur liaison. Les perturbations de l'énergie de liaison résultant de ces vibrations autour de la longueur (ou l'angle) de liaison idéal, sont quantifiées. La spectroscopie vibrationnelle s'intéresse aux transitions entre ces niveaux fins. Elle est particulièrement féconde, dans la recherche des structures puisqu'elle permet d'identifier des regroupements d'atomes (au minimum les deux associés par la liaison étudiée).

Deux grandes familles de spectroscopies vibrationnelles sont développées pour l'élucidation structurale

• la spectroscopie infrarouge qui fera l'objet d'un chapitre particulier, c'est la technique incontournable dans l'étude des fonctions (groupement d'atomes spécifiques)

• la spectroscopie Raman, qui conduit à des informations voisines et complémentaires, moins développée mais parfois incontournable (fonction symétrique qui conduit à une absence de moment dipolaire donc inobservable en infrarouge).

Le domaine d'énergie de ces spectroscopies est souvent décrit en nombre d'onde et couvre \(200 \textrm{cm}^{-1}\) à \(4000 \textrm{cm}^{-1}\). Ce domaine porte le nom de moyen infrarouge.

Le domaine infra rouge est aussi utilisé vers de plus fortes énergies (au delà de \(4000 \textrm{cm}^{-1}\) qui est pourtant la limite supérieure des vibrations d'élongations !). Ce domaine du proche infrarouge est désormais très utilisé dans des études quantitatives. Il repose en fait sur des niveaux harmoniques des états fondamentaux utilisés en IR classique (moyen IR). Cet essor est lié à l'amélioration de la sensibilité des détecteurs. Ce domaine ne présente pas d'intérêt pour l'élucidation structurale, le moyen infrarouge y contribuant efficacement, mais il connaît un développement important dans ses applications aux analyses industrielles, agricoles et environnementale du fait de son faible coût relatif, de sa portabilité et son usage plus souple (le verre est ici utilisable comme porte-échantillon alors qu'il est proscrit en IR classique). Enfin un dernier domaine IR, l'infrarouge lointain s'inscrit dans le domaine de la recherche et ne sera pas développé ici.