Domaine des longueurs d'onde - Maxicours

Domaine des longueurs d'onde

Objectif(s)
Voir les différents domaines de longueurs d’onde des ondes électromagnétiques.
1. Spectre complet des radiations électromagnétiques
La lumière visible fait partie d’un ensemble plus général, les ondes électromagnétiques. Ces ondes résultent d’un champ électrique et magnétique. Elles peuvent se propager dans des milieux transparents, comme l’air ou le vide. Toutes les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide avec la même célérité, de valeur :


On rencontre différents types d’ondes électromagnétiques, ayant des propriétés très différentes. On peut les trier selon leur fréquence f, mais dans la pratique on préfèrera manipuler leur longueur d’onde . Ces grandeurs sont liées par la relation :


La longueur d’onde   s’exprime en mètre, la célérité c en mètre par seconde, la période T  en seconde, et la fréquence f en Hertz ( ).

Le spectre des ondes électromagnétiques se présente sous la forme :



Le visible ne constitue qu’une infime partie des radiations possibles. En se focalisant sur cette zone, en retrouve le spectre obtenu en décomposant la lumière blanche, avec un prisme, ou lors d’un arc en ciel :


On admet que le visible se situe entre 380 et 780 nm, soit environ 400-800 nm.

 


2. Radiations de longueurs d'onde plus courtes que celles du visible
a. Les ultraviolets (UV)
Comme leur nom l’indique, ce sont les rayonnements juste après le violet dans le spectre. Ils sont bien connus pour leur action sur la peau, car responsables du bronzage et/ou des « coups de soleil ». En effet, une partie des UV du soleil n’est pas stoppée par l’atmosphère terrestre. L’exposition prolongée ou répétée à des UV est déconseillée. Certains UV peuvent pénétrer les couches profondes de la peau.



La « lumière noire » utilisée en boîte de nuit émet une lumière violette à la limite de l’UV. Ces UV peuvent induire des phénomènes de fluorescence sur certaines substances.
b. Les rayons X
Les rayons X sont plus pénétrants que les ultraviolets. Comme ils sont absorbés de manière très différentes par les tissus du corps humain, ils sont employés en imagerie médicale. La première radiographie date de 1895. Elle a été réalisée par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, sur la main de sa femme.

Les rayons X sont aussi utiles dans les aéroports, afin de détecter la présence d’objets suspects dans les valises.



Les rayons X sont des rayonnements énergétiques qui peuvent altérer les cellules du corps, et notamment l’ADN. L’exposition à des rayons X des patients et du personnel les utilisant est ainsi très contrôlée.
c. Les rayons gamma
Les rayonnements gamma ( ) sont produits lors de réactions ou de désintégrations nucléaires.

Ils sont encore plus pénétrants dans la matière que les rayons X. L’imagerie gamma permet dans l’industrie de sonder des objets denses, comme les pièces métalliques.

Les rayons gamma sont des rayonnements dangereux. Ils sont très présents dans le milieu de la physique nucléaire. Des mesures de radioprotection très strictes sont alors appliquées. Des blindages en acier, béton et/ou plomb épais sont requis pour les stopper.

On trouve aussi des rayons gamma dans les rayonnements d’étoiles ou de galaxies, mais l’atmosphère terrestre les arrête quasiment tous. Les astrophysiciens étudient alors l’image gamma de ces objets stellaires par le biais des télescopes spatiaux (Hubble).
3. Radiations de longueurs d'onde plus longues que celles du visible
a. Les infrarouges (IR)
Sur le spectre du visible, les infrarouges se trouvent « juste après » le rouge. Les IR sont associés au rayonnement thermique des corps associés aux températures rencontrées dans la vie de tous les jours, mais non portés à incandescence. L’imagerie thermique est ainsi basée sur l’emploi de capteurs sensibles aux infrarouges. Cette technologie présente des applications civiles, comme l’imagerie thermique d’une maison pour tester son isolation, l’imagerie médicale ou des applications militaires, pour le guidage de missiles ou pour un mode de vision nocturne.



b. Les micro-ondes
Les micro-ondes sont des ondes de longueurs d’onde plus grandes que les IR. Les micro-ondes ont donnés leur nom au four employé en cuisine pour chauffer des aliments.
Ces ondes ne sont pas habituellement dangereuses, mais peuvent le devenir lorsqu’elles sont concentrées, comme dans l’enceinte du four, ce qui produit d’ailleurs le chauffage de l’aliment. Les micro-ondes présentent d’autres applications dans le domaine des télécommunications.
c. Les ondes radio
Les ondes radio concernent les ondes électromagnétiques en dessous de 3 GHz. Les applications des ondes radio concernent les domaines des télécommunications, des émissions radio, la télévision, la téléphonie, pour les signaux des GPS, etc. Les radars utilisent également certaines fréquences radio, que cela soit pour les radars civils (aéronautique), militaire, ou tout simplement les radars de recul d’automobiles. Les gammes de fréquence sont très réglementées, afin que chaque application ne soit pas parasitée par une autre.
Par exemple, les services de Pompiers ou de Gendarmerie ont des fréquences qui leur sont réservées.



Les ondes radio émises par les astres sont captées par des radiotélescopes, afin d’étudier ces objets stellaires autrement que par la lumière visible qu’ils émettent.

 


L'essentiel
Les ondes électromagnétiques comprennent un vaste domaine de longueurs d’onde. Toutes se propagent dans le vide avec une célérité d’environ 3,00.108 m.s-1 . Par longueurs d’onde croissantes, nous avons les rayons gamma, les rayons X, les ultraviolets, le visible, les infrarouges, les micro-ondes et les ondes radio.

Le visible ne concerne qu’une infime partie du spectre électromagnétique, sa gamme de longueurs d’onde est entre 400 et 800 nanomètres.

Les rayonnements de longueurs d’onde plus courtes que celles du visible (UV, rayons X, rayons gamma) sont potentiellement dangereux, et demandent de prendre certaines précautions et/ou des mesures de radioprotection.

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