|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
L'univers dans tous ses états
|
Spectre électromagnétique | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Toute la lumière du spectre électromagnétique | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La lumière visible n'est qu'une petite gamme des vibrations électromagnétiques que l'on trouvent dans le spectre électromagnétique. L'atmosphère terrestre ne laisse passer qu'une partie de ce rayonnement. Ce filtre joue un rôle très important dans l'évolution de la vie organique sur la terre. Les ondes courtes sont absorbées dans les couches atmosphériques et les ondes longues se réfléchissent, ce qui permet aux grandes ondes des émetteurs terrestres d'être captées à longue distance. L'existence de la fenêtre radio a permis le développement de la radioastronomie. La nature de la lumière relève de la mécanique quantique pour laquelle elle est à la fois une onde et une particule. La lumière possède une longueur d'onde, qui en détermine la couleur, par exemple le rouge émet dans la longueur d'onde de 700 nanomètre, le Orange 650 nm, le Jaune 600 nm, le Vert 550 nm, le Bleu 500 nm et le Violet 450 nm. C'est cette fenêtre qu'a choisi l'œil humain pour se spécialiser. | Mais la lumière invisible, s'étale sur un plus grand champ électromagnétique. Maxwell en déterminé que la lumière est une onde électromagnétique et qu'il n'y a aucune raison de limiter la longueur d'onde de celle-ci à l'intervalle correspondant au spectre de la lumière visible, tout le spectre est lumière. Depuis, on a pu observer que les longueurs d'ondes électromagnétiques varient entre 10-16 m et plusieurs milliers de kilomètres. Les différentes fenêtres du spectre électromagnétique se caractérisent par une longueur d'ondes, mais aussi par une plage de fréquences définies. La fréquence est le nombre d'oscillations électromagnétiques qui passent par un point donné en une seconde. Elle s'exprime avec l'unité de fréquence qui est le hertz. Plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence est élevée, jusqu'aux très hautes fréquences. La fréquence est donc inversement proportionnelle à la longueur d'onde. |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Les ondes radio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Une onde radioélectrique est une onde électromagnétique dont la fréquence est inférieure à 3000 GHz, soit une longueur d'onde supérieure à 0,1 mm. Le son est une vibration de la matière, or les ondes radios sont des ondes électromagnétiques, de la même nature que la lumière, c'est à dire des perturbations des champs électrique et magnétique. Contrairement aux ondes sonores, qui ont besoin d'un support matériel pour se propager, les ondes électromagnétiques, elles, voyagent mieux dans le vide. Le son ne va qu'à 300 m/s, tandis que les ondes électromagnétiques filent à la vitesse de la lumière soit 299 792 458 m/s. Une antenne radio émettrice produit de la lumière tout comme un néon, mais il s'agit d'ondes de type radio, que nos yeux ou nos oreilles ne peuvent percevoir. | Comme toutes les ondes électromagnétiques, les ondes radio se propagent dans l'espace vide à la vitesse de la lumière et avec une atténuation proportionnelle au carré de la distance parcourue selon l'équation des télécommunications. Dans l'atmosphère, elles subissent en outre des atténuations liées aux précipitations, et peuvent être réfléchies ou guidées par la partie de la haute atmosphère appelée ionosphère. Les ondes électromagnétiques sont atténuées ou déviées par les obstacles, selon leur longueur d'onde, la nature du matériau, sa forme et sa dimension. Pour simplifier, un matériau conducteur aura un effet de réflexion, alors qu'un matériau diélectrique produira une déviation, et l'effet est lié au rapport entre la dimension de l'objet et la longueur d'onde. |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Les micro ondes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes radio. Les micro-ondes sont utilisées dans de nombreuses applications, radio, radar, télévision, internet... Les plus connues sont les micro-ondes générées dans nos fours, elles sont parmi les ondes lumineuses qui ont le moins d'énergie, moins d'énergie que les ondes infrarouges ou visibles qui se dégagent d'un four classique. Leur extraordinaire efficacité est due à un effet à la fois subtil et violent qu'on nomme la résonnance. Ce que nous mangeons contient une très grande proportion d'eau et les molécules d'eau possèdent une fréquence propre qui correspond à celle des micro-ondes. Secouées par les micro-ondes, les molécules d'eau entrent en résonnance et cette agitation moléculaire augmente la température de l'eau contenue dans les aliments. Les micro-ondes ont pour avantage de ne chauffer que le matériau, alors que le four reste à température ambiante. L'énergie pénétrant presque instantanément dans la cible, les temps de chauffage et les cycles industriels sont considérablement raccourcis. |
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Les ondes infrarouges | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Les infrarouges sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre les micro ondes et les ondes visibles. Les infrarouges « en deçà du rouge » car l'infrarouge est une onde électromagnétique de fréquence inférieure à celle de la lumière rouge. La longueur d'onde de l'infrarouge est comprise entre 780 nm et 1 000 000 nm. Les lampes à infrarouge sont utilisées dans des domaines divers de la production. Les infrarouges sont utilisés pour le chauffage de matières dans les secteurs de l'automobile, de l'agroalimentaire, des textiles, des soins du corps, ... Les militaires l'utilise à travers des lunettes infrarouges qui permettent de voir en pleine nuit. | En astronomie on utilise l'infrarouge dans des satellites d'observation infrarouge : IRAS, ISO, Wire, Spitzer, ASTRO-F et Herschel. Les diodes électroluminescentes utilisées dans les télécommandes génèrent un rayonnement infrarouge qui n'émet pas de chaleur.
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
La lumière visible | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La lumière visible n'est qu'une petite plage de vibrations électromagnétiques que l'on trouve dans le spectre électromagnétique. La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, elles sont comprises dans des longueurs d'onde de 0,38 à 0,78 micron. 380 nanomètre pour le violet) à 780 nanomètre pour le rouge. La lumière est intimement liée à la notion de couleur. Newton a proposé pour la première fois au XVIIe siècle un cercle des couleurs chromatiques fondé sur la décomposition de la lumière blanche. La lumière du soleil est la première source d'énergie émise par les Soleil. Elle alimente les écosystèmes terrestres, via la photosynthèse. |
|  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
L'ultraviolet | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X. La gamme des rayons UV est souvent subdivisée en UV-A (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) et UV-C (280-10 nm). Les UV-A émis par le Soleil, représentent près de 95 % du rayonnement UV qui atteint la surface de la Terre. Les UV-B, responsables du bronzage, ont une activité biologique importante, mais ne pénètrent pas au-delà des couches superficielles de la peau. Une partie des UV-B solaires sont filtrés par l’atmosphère. Les UV-C, sont les UV les plus nocifs, mais sont complètement filtrés par la couche d'ozone de l’atmosphère et n’atteignent donc pas la surface de la Terre. | Des lampes UV-C sont utilisées en laboratoire de biologie pour stériliser des pièces ou des appareils. Près de 5 % de l'énergie du Soleil est émise sous forme de rayonnement UV. La vision des insectes, comme celle des abeilles, s'étend dans le spectre de l'ultraviolet (UV-A). La lumière noire ou lumière de Wood (inventeur Robert William Wood), est une lumière composée de violet et d'ultraviolet (autour de 375 nm), avec un léger pic autour de 405 nm de longueur d’onde ce qui la rend un peu éclairante. |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Les rayons X | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Les rayons X sont des ondes électromagnétiques à haute fréquence comprises entre les ondes ultraviolettes et les ondes gamma. Découvertes en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, ces ondes électromagnétiques ont la propriété de traverser notre corps sans trop de difficulté. Les rayons X sont des ondes électromagnétiques à haute fréquence dont la longueur d'onde est comprise approximativement entre 5 picomètres et 10 nanomètres. C'est un rayonnement ionisant utilisé dans de nombreuses applications dont l'imagerie médicale et la cristallographie. La radiographie médicale est basée sur le fait que les os sont une peu plus opaques aux rayons X que la chair. C'est aussi une gamme de rayonnement très utilisée en astrophysique. | Les rayons X et les rayons gamma sont de même nature (constitués de photons), mais sont produits différemment. Les rayons X sont produits par des transitions électroniques (changements d'orbite d'électrons) alors que les rayons gamma sont produits lors de la désintégration radioactive des noyaux des atomes. Les rayons X pénètrent facilement la matière molle, la matière solide peu dense constituée d'éléments légers comme le carbone, l'oxygène et l'azote. Ils sont facilement absorbés par la matière dure constituée d'éléments lourds et par l'air de l'atmosphère. |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Les rayons gamma | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Les rayons gamma sont des rayonnements de photons de très haute énergie (au-delà de 100keV) suffisante pour arracher un électron de son orbite. Ils possèdent une longueur d'onde très courte, inférieure à 5 pico mètres, et peuvent être produits par la désintégration nucléaires, surtout aux seins des étoiles massives en fin de vie. Ils ont été découverts par le chimiste français, Paul Villard (1860-1934). Alors que les rayons X sont produits par des transitions électroniques provoquées en général par la collision d'un électron avec un atome, à haute vitesse, les rayons gamma sont produits par des transitions nucléaires. | Les rayons gamma produisent des dégâts similaires à ceux produits par les rayons X ou les ultraviolets (brûlures, cancers et mutations génétiques). Les sources gamma que l'on observe dans l'univers viennent des étoiles massives (hypernova) qui finissent leur existence par un effondrement gravitationnel conduisant à la formation d'une étoile à neutrons ou d'un trou noir. |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sujets connexes |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Le spectre électromagnétique regroupe toutes les fenêtres de lumière.
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
L'univers dans tous ses états
|
|
| Astronomie - 22 décembre 2008 |
