Spectre électromagnétique: ce que c’est et à quoi ça sert

Spectre électromagnétique: ce que c'est et à quoi ça sert

La théorie électromagnétique formulée par James Maxwell (1831-1879) est sans doute l'une des plus importantes du XIXe siècle, capable d'interpréter les phénomènes physiques induits par les courants et les aimants ainsi que de mettre en évidence la nature électromagnétique de la lumière.

Il s’agit d’une théorie qui unifie les lois des phénomènes électriques et magnétiques, exposant ainsi le concept de champ électromagnétique et sa propagation dans l’espace.

Mais tentons d’expliquer simplement ce qu’est le spectre électromagnétique avant de montrer ses différentes utilités et champs d’application.

Spectre électromagnétique: qu’est-ce que c’est?

Spectre électromagnétique: qu’est-ce que c’est?Pour s’intéresser au spectre électromagnétique, il faut savoir ce qu’est une onde électromagnétique.

Alors, une onde électromagnétique est une perturbation qui se propage sans transport de matière, c’est-à-dire une énergie qui se propage dans la matière sans que les corps ne bougent sensiblement de leur position. Autrement dit, le mouvement des ondes est une forme de transmission d’énergie.

Aussi, les grandeurs physiques qui caractérisent une onde sont: la vitesse de propagation (v), la longueur d’onde et la fréquence.

Toujours est-il, les ondes électromagnétiques, à savoir, les ondes radios, les micro-ondes, les ondes gamma, les ondes gamma, les infra-rouges, les ultra violets, les rayons X, composant le spectre électromagnétique, ont une énergie différente et se manifestent donc différemment.

L’ensemble du spectre électromagnétique peut en effet être schématisé comme une fonction de l’énergie, et les différentes parties qui le constituent représentent des intervalles de longueur d’onde, et donc de fréquence, continus les uns par rapport aux autres.

Spectre électromagnétique: les ondes radio

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894, physicien allemand a passé beaucoup de temps à étudier les ondes électromagnétiques et l’unité de fréquence (hertz). Ces ondes sont caractérisées par une longueur d’onde importante et sont essentiellement des ondes de surface : comme le son, elles se diffusent à la surface de la terre en suivant sa courbure, jusqu’à un certain point.

En raison de l’absorption par les corps matériels de la Terre, la transmission de ces ondes nécessite une puissance considérable.

Spectre électromagnétique: les micro-ondes

Les micro-ondes sont des rayonnements situés entre les ondes radio et les infrarouges (longueur d’onde comprise entre quelques dizaines de centimètres et un millimètre). Elles sont utilisées pour les transmissions radio directionnelles afin d’envoyer des signaux dans une direction donnée. Les micro-ondes sont obtenues au moyen de tubes électriques spéciaux dans lesquels sont exploitées les interactions entre un faisceau d’électrons et l’onde électromagnétique émise par un générateur.

Spectre électromagnétique: les infrarouges

Le rayonnement infrarouge (IR) peut être détecté par des détecteurs thermiques de sensibilité. Dans ce cas, l’énergie émise provient de chocs dus à l’agitation thermique des molécules, résultant de l’excitation de la matière par une source de chaleur appropriée.

Considérant donc que l’excitation au niveau moléculaire entre en jeu, l’analyse du spectre électromagnétique de type infrarouge permet d’obtenir des informations sur la structure de la matière (en relation avec sa nature moléculaire).

Spectre électromagnétique: les ultraviolets

Les rayonnements ultraviolets composent également le spectre électromagnétique et sont invisibles à l’œil humain, ont une énergie plus élevée que les rayonnements visibles. Ces rayons sont presque totalement protégés par le bouclier d’ozone qui est censé envelopper notre planète et qui semble actuellement s’amincir. Certaines substances absorbent fortement les UV et émettent un rayonnement de plus grande longueur d’onde (fluorescence), généralement dans le domaine visible.

Spectre électromagnétique: les rayons X

Les rayons X composant une partie du spectre électromagnétique, ont une longueur d’onde comprise entre 10-8 m et 10-11 m et présentent une énorme quantité d’énergie.

Spectre électromagnétique: les rayons gamma

Les rayons gamma sont les rayonnements électromagnétiques les plus énergétiques et leur découverte remonte à l’étude des émissions radioactives des noyaux atomiques.

Ils se caractérisent par des longueurs d’onde inférieures à 10-12 m et ont un pouvoir de pénétration extraordinaire.

Spectre électromagnétique : Utilité et champs d’application

Examinons maintenant comme le spectre électromagnétique peut trouver sa place et son utilité dans notre quotidien.

Utilisation des ondes radio ou ondes hertziennes

Spectre électromagnétique : Utilité et champs d’applicationLes ondes radio ou ondes hertziennes sont utilisées pour les transmissions radio (sons transmis à distance).

L’émetteur est une station composée essentiellement d’un oscillateur relié à une antenne qui envoie des ondes radio dans l’espace.

Ces ondes sont captées par l’antenne de la station réceptrice et sont amplifiées par un circuit oscillant et accordées (séparation de l’onde d’intérêt de toutes les autres). Les principales applications comprennent le radar, la télévision et les services télégraphiques et téléphoniques.

Utilisation des micro-ondes

Dans les micro-ondes sont utilisés tous les jours dans nos fameux four à micro-ondes.

Le rayonnement électromagnétique agit sur les molécules d’eau contenues dans les aliments: le champ électrique oscillant du rayonnement agit sur les charges électriques de ces molécules, qui oscillent à leur tour pour s’aligner sur le champ électrique. Il y a donc absorption de l’énergie des ondes électromagnétiques qui est transférée aux aliments contenus dans le four, qui se réchauffent ainsi.

Utilisation des rayons X

Ils sont très pénétrants et donc largement utilisés en médecine (pour obtenir des rayons X) et dans de nombreux domaines de la physique (pouvant, par exemple, fournir des informations sur la structure du réseau cristallin d’un métal).

Utilisation des rayons gamma

Naturellement émis par les noyaux lors des transformations radioactives et des réactions nucléaires, les rayons gamma sont également produits artificiellement lorsque des électrons de haute énergie à la sortie d’un accélérateur de particules frappent une cible (l’application la plus connue est la radiothérapie des tumeurs).

Utilisation des infra-rouges

Comme les infrarouges peuvent pénétrer dans le corps humain et l’aider de l’intérieur, ils sont largement utilisés en médecine. Les infrarouges les plus utilisés en médecine sont l’infrarouge lointain ou Riul. En fait, la thérapie infrarouge est en train de devenir la méthode la plus utilisée dans de nombreuses disciplines médicales pour soulager les cas chroniques et accélérer la guérison.

Les infrarouges sont utilisés sur les lésions des tissus mous, les tensions lombaires, la périarthrite de l’épaule, la sciatique, les douleurs menstruelles, la neurodermite, l’eczéma avec infections post-chirurgicales, la diarrhée, la cholécystite, la neurasthénie, les infections pelviennes, la pneumonie pédiatrique, les engelures avec inflammation, la paralysie faciale (paralysie de Bell).