Quelques notions de physique

La lumière : une onde électromagnétique

Une onde est un déplacement d’énergie sans déplacement de matière.

Par exemple, un caillou lancé dans un étang provoque une succession de vagues qui font osciller verticalement un bouchon à la surface de l'eau sans que celui-ci ne se déplace dans le sens des vagues : les vagues peuvent être alors assimilées à des ondes.

La distance entre les crêtes de deux vagues successives est appelée la longueur d’onde. Le nombre d'allers-retours réalisé par le bouchon en une seconde correspond à la fréquence de l'onde. La vitesse de propagation de l'onde est appelée la célérité. Elle dépend des propriétés du milieu dans lequel l'onde se déplace.

La longueur d’onde est caractérisée par la formule suivante :

avec     λ : longueur d’onde (en mètre)              c : célérité de l’onde (en mètre/seconde)              f  : fréquence de vibration de l’onde (en hertz)

Le son est une onde de pression. Sa vitesse de propagation (célérité) est de 340 m/s dans l'air et sa fréquence va de 0 Hz à l’infini, mais l’oreille humaine ne perçoit que les fréquences comprises entre 20 Hz et 20000 Hz.

La lumière, au sens commun du terme, ne représente que la partie "visible" des ondes électromagnétiques.
En effet, en rencontrant de la matière, différents phénomènes se produisent selon la valeur de la longueur d'onde.

1. Quand la longueur d’onde est faible (10^-14 m à 10^-8 m), c'est-à-dire quand la fréquence est élevée, les ondes vont interagir avec le noyau des atomes et créer des rayons X ou des rayons γ (gamma). La radiographie est une application de ces ondes électromagnétiques "invisibles".
   
   
2. Dans une zone intermédiaire de longueur d'onde (10^-8 m à 10^-3 m), les ondes vont interagir avec les électrons et créer une émission de photons. Ces photons, en fonction de leur fréquence de vibration, vont de l’ultraviolet à l’infrarouge en passant par la partie visible par l’oeil humain (400 nm < λ < 700 nm). Les lampes à bronzer pour les ultraviolets et le chauffage par infrarouges sont quelques exemples d'application.
   


3. Quand la longueur d’onde est élevée (au-delà de 10^-3 m), c'est-à-dire quand la fréquence est faible, les ondes électromagnétiques vont interagir avec les circuits électriques et électroniques : ce sont les micro-ondes et les ondes radio. Les applications tournent essentiellement autour des communications radiophoniques, télévisuelles ou téléphoniques.