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EXERCICE I - CHEMCAM (5 points)
1. Le laser de ChemCam
1.1. Deux propriétés du laser à choisir parmi les suivantes :
- la lumière émise est monochromatique, - il présente une très grande puissance par unité de surface, - un laser émet un faisceau lumineux directif, - pour le laser pulsé, comme celui de Chemcam, il permet une concentration temporelle de l"énergie1.2. D"après le document 1, le laser émet un rayonnement de longueur d"onde égale à 1067 nm,
donc supérieure à 800 nm : il s"agit d"un rayonnement infrarouge et non pas de la lumière visible.1.3. Afin d"obtenir une irradiance suffisante pour créer un plasma, le document 1 nous indique
qu"elle doit être supérieure à 1,0 GW.cm -2. On apprend aussi que l"irradiance I correspond à la puissance P par unité de surface A : I = P A.Or P =
E tD et l"aire d"un disque vaut A = π.R² = π. 2 2 donc 2 . .2E IDt 3 2 6 2 9 15 10350 10 10
5 102I
= 3 × 109 W.cm-2 = 3 GW.cm-2L"irradiance est
supérieure à 1,0 GW.cm-2. Les caractéristiques du laser de Chemcam permettent donc bien d"obtenir une irradiance suffisante pour créer des plasmas.2. Test de fonctionnement de l"analyseur spectral de ChemCam.
2.1. L"énergie d"un atome est quantifiée.
Or chaque atome (ou ion) possède des
niveaux d"énergie qui lui sont propres (comme celui de l"élément calcium donné au document 2). La désexcitation spontanée d"un niveau d"énergie E j à un niveau d"énergie Ei (Eid"émission. Chaque spectre est unique et constitue " la carte d"identité » ou " l"empreinte
digitale » de l"élément.2.2. D"après la relation ΔE= .hc
l 34 89 196,63 10 3,00 102,94 eV423 10 1,602 10E
- -´ ´ ´D = =´ ´ ´Cela correspond donc à la transition énergétique entre le deuxième niveau excité et le niveau
fondamental :2.3. La roche témoin analysée par Chemcam contient l"élément calcium.
Si l"analyseur spectral de Chemcam fonctionne bien, nous devons retrouver dans le spectred"émission atomique du document 4, les longueurs d"onde des raies d"émission de l"élément
calcium présentées au document 3. Ceci est en effet le cas : Longueur d"onde des raies d"émission de l"élément Ca (doc.3)(nm) 394