Dernière mise à jour : 2026-06-15

Énergie des photons

La lumière se propage sous forme de paquets d'énergie discrets appelés photons. L'énergie transportée par un photon unique est proportionnelle à sa fréquence et inversement proportionnelle à sa longueur d'onde. Cette relation, découverte par Max Planck en 1900 et généralisée par Albert Einstein en 1905 pour expliquer l'effet photoélectrique, est l'un des résultats fondateurs de la mécanique quantique. Elle montre que la lumière n'est pas une onde continue mais arrive en paquets quantifiés dont la taille dépend de la couleur.

Ce calculateur détermine l'énergie d'un photon à partir de sa longueur d'onde ou de sa fréquence, et fournit également la grandeur complémentaire.

La formule

L'énergie d'un photon est :

où $h = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{J·s}$ est la constante de Planck, $f$ est la fréquence en hertz, $c = 299\,792\,458\ \text{m/s}$ est la vitesse de la lumière dans le vide, et $\lambda$ est la longueur d'onde en mètres. Les deux expressions sont équivalentes car $f = c/\lambda$.

Électronvolts et joules

Les énergies de photon exprimées en joules sont très petites. Un photon vert à 550 nm transporte environ $3{,}6 \times 10^{-19}$ J — un nombre difficile à appréhender intuitivement. L'électronvolt (eV) est une unité plus naturelle : $1\ \text{eV} = 1{,}602 \times 10^{-19}\ \text{J}$. En eV, les photons visibles se situent dans la plage 1,8–3,3 eV, ce qui correspond bien aux énergies de transition électronique typiques dans les molécules et les semi-conducteurs. Ce calculateur donne le résultat en eV par défaut.

Lumière visible et spectre électromagnétique

La lumière visible couvre des longueurs d'onde d'environ 380 nm (violet) à 700 nm (rouge). Les énergies de photon correspondantes sont :

Au-delà du visible, les photons ultraviolets emportent 3–100 eV, les photons X des milliers d'eV, et les photons radio des fractions de microélectronvolt.

Exemple de calcul

Un pointeur laser émet de la lumière à une longueur d'onde $\lambda = 500\ \text{nm}$ ($5 \times 10^{-7}\ \text{m}$). L'énergie du photon est :

En entrant 500 nm dans ce calculateur, on retrouve le même résultat. La fréquence obtenue, environ $5{,}996 \times 10^{14}$ Hz, confirme le calcul.

Pourquoi l'énergie du photon est importante

L'énergie du photon détermine si la lumière peut déclencher un processus physique ou chimique donné. La photosynthèse repose sur des photons dans les parties rouge et bleue du spectre, porteurs de juste assez d'énergie pour exciter les molécules de chlorophylle. Les cellules solaires requièrent des photons au-dessus d'une énergie seuil pour libérer des électrons d'un semi-conducteur. L'œil humain répond aux photons dans la plage 1,8–3,3 eV car les molécules photoréceptrices de la rétine ont des pics d'absorption dans cette fenêtre. En dessous de l'énergie seuil d'un processus donné, augmenter l'intensité lumineuse — envoyer davantage de photons — n'a aucun effet ; seuls des photons de fréquence plus élevée (et donc d'énergie plus élevée) peuvent déclencher la transition.

Lien avec d'autres grandeurs

Le produit $h \cdot c \approx 1240\ \text{eV·nm}$ constitue un raccourci utile : diviser 1240 par la longueur d'onde en nanomètres donne directement l'énergie du photon en eV. Cette approximation reproduit la formule exacte avec une précision supérieure à six chiffres significatifs. La même constante apparaît dans l'effet photoélectrique, où l'énergie cinétique maximale d'un électron éjecté est égale à l'énergie du photon moins le travail d'extraction du métal.