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Qu'est ce qu'une onde electromagnétique?

Une onde est une perturbation qui se propage et transporte de l’énergie, mais sans pour autant transporter de la matière.

Un exemple visuel consiste à jeter une pierre dans une eau calme. La perturbation de cette pierre génère des ondes concentriques à la surface de l’eau qui se propagent en s’éloignant du point initial. Grâce à l’énergie qu’elles transportent,  ces ondes sont capables de faire osciller un bouchon éloigné flottant à la surface. Il est important de remarquer que les molécules d’eau présentes à l’endroit de l’impact ne se sont pas déplacées jusqu’au bouchon, mais bien l’onde de matière à la surface de l’eau.

La longueur de l’onde représentée par la distance entre deux crêtes (λ sur l’illustration) permet de déterminer la fréquence, principale caractéristique de l’onde et exprimée en hertz (Hz). Un hertz équivaut à une oscillation par seconde.

Pour permettre l’analogie avec les ondes électromagnétiques, il faut considérer la pierre perturbant la surface de l’eau comme l’émetteur d’onde, et le bouchon oscillant de haut en bas comme un récepteur de cette onde. Dans le cas des ondes électromagnétiques, l’émetteur sera une antenne dans laquelle une tension électrique varie. La perturbation causée par cette variation de tension génère alors une onde de champ électrique:

© Wikipedia

Lorsque la fréquence d’oscillation est suffisament élevée, l’onde de champs électrique génère spontanément une onde de champs magnétique perpendiculaire et de même fréquence:

Une onde électromagnétique a dès lors deux composantes:

 
  • Une composante de champs électrique E (en rouge)
  • Une composante de champs magnétique B (en bleu)

Au même titre que le bouchon à la surface de l’eau, une antenne réceptrice parcourue par une onde électromagnétique verra ses charges électriques osciller. Les charges oscillantes créent alors un courant alternatif qui sera finalement interprété par le récepteur pour en extraire les informations.

Selon les fréquences, les ondes ont des caractéristiques physiques différentes : portée, réflexion, diffraction, débit admissible pour du transfert de données, dangerosité, absorption par les matériaux,… Chaque application exploite alors les fréquences dont les caractéristiques sont les plus adaptées pour l’utilisation:

 

Le rayonnement est dit “non ionisant” si son énergie est insuffisante pour arracher un électron à un atome. Les très hautes fréquences telles que certains UV, les rayons X et rayons gamma ont suffisament d’énergie pour arracher ces électrons et peuvent par exemple de dégrader l’ADN des cellules vivantes. Ces rayonnements sont alors appelés “ionisants”.

Les applications domestiques exploitent fort heureusement des fréquences non ionisantes, dont voici quelques exemples courants :

 
    • Alimentations électriques : 50Hz
    • Radios FM : +/- 100MHz
    • Téléphonie GSM : 900 – 1800MHZ
    • Internet mobile (3G, 4G,..) : 800-2600 MHZ
    • WiFi : 2400 MHz – 5000 MHz

Même si les fréquences dites “non ionisantes” ne possèdent pas l’énergie suffisante pour arracher les électrons des atômes, il convient néanmoins de respecter des niveaux d’intensité maximum à ne pas dépasser. En cas de dépassement, d’autres phénomènes physiques et biologiques rentrent alors en jeu tels que des courants induits dans les nerfs, les muscles, les organes sensoriels, ou encore des échauffements artificiels au sein du corps.

La vidéo suivante permet d’illustrer les principes expliqués précédemment.