Les ondes électromagnétiques

La lumière

La lumière est une onde électromagnétique.

Contrairement aux ondes sonores qui ne se déplacent que dans la matière, les ondes électromagnétiques se déplacent dans la matère (transparente) et dans le vide.

Décomposition de la lumière

Certains appareils ou phénomènes permettent de décomposer la lumière. C’est le cas par exemple de goutelettes d’eau dans certaines conditions (arc-en-ciel), de bulles de savon, d’un CD, d’un DVD ou d’un spectroscope.

En décomposant la lumière du Soleil, on se rend compte qu’elle contient de très nombreuses lumières colorées. L’ensemble de ces lumières colorées s’appelle un spectre. Voici par exemple le spectre du Soleil :

Spectre de la lumière du Soleil

Des sources de lumières différentes ont un spectre différent. Par exemple les lampes au néon émettent une lumière qui ne contient pas toutes les couleurs de l’arc-en-ciel :

Spectre de la lumière d’une lampe au néon

Dans ces spectres, chaque infime petite variation de couleur dans le dégradé correspond à une onde électromagnétique. Ce qui différencie chaque couleur est la fréquence de l’onde électromagnétique correspondante.

La fréquence

On peut représenter une onde comme une « ondulation » avec un motif qui se répète dans le temps :

Onde électromagnétique

La fréquence, notée \(f\) est le nombre de motifs élémentaires (en orange ci-dessus) qui se répètent en un seconde. La fréquence s’exprime en hertz (symbole Hz).

Par exemple, la couleur rouge des pixels rouges d’un écran d’ordinateur a une fréquence de 491 THz1, soit une fréquence énorme de 4,91 × 1014 Hz ! La fréquence d’une lumière violette est encore plus grande : environ 740 THz.

Les domaines d’ondes électromagnétiques

L’œil humain est un récépteur capable de détecter certaines ondes électromagnétiques (celles dont la fréquence va de 380 à 790 THz environ). Ce sont ces ondes qu’on appelle la lumière.

Mais il existe de nombreuses autres ondes électromagnétiques que l’œil ne peut pas percevoir en dessous et au delà de ces fréquences. On les regroupe en plusieurs domaines :

Domaines d’ondes électromagnétiques

  • les ondes radio qui ont des fréquences inférieures à celle des infrarouges. Les ondes de ce domaine sont utilisées dans les communications (télévision, téléphone, wifi, etc.).
  • les infrarouges (ou IR) avec des fréquences inférieures à celle de la lumière rouge (d’où leur nom). On les utilise par dans les capteurs thermiques car ce sont les ondes émises par les objets chauds (tels qu’un corps humain par exemple).
  • les ultra-violets (ou UV) qui ont des fréquences supérieures à celle de la lumière violette (d’où leur nom). Ce sont ces ondes qui sont responsables des « coups de soleil » mais la plus grande partie des UV émis par le Soleil est arrêtée par la couche d’ozone.
  • les rayons X ont des fréquences supérieures à celle des UV. On les utilise pour faire des radios médicales par exemple.
  • les rayons γ (ou rayons gamma) dont la fréquence est supérieure à celle des rayons X. Ils sont produits par un certain type de radioactivité et dans des événements cosmiques extrêmement violents.

Énergie lumineuse

Les ondes électromagnétiques (et donc la lumière) transportent de l’énergie lumineuse.

Plus la fréquence d’une onde électromagnétique est élevée, plus elle transporte d’énergie.

Notes

  1. THz est le symbole du térahertz. Le préfixe téra- signifie « × 1000 milliards ». Voir aussi la fiche méthode sur les conversions