Les Ondes Electromagnétiques

Quelle est l'influence des ondes electromagnétiques sur l'homme ?

II-Les propriétés des ondes électromagnétiques
A) Histoire de la découverte des ondes électromagnétiques

Vers 600 avant J-C, le père de la réflexion sur l'électromagnétisme, le grec Thalès de Milet, nous témoignent son intérêt pour ce phénomène, il en fait une vision plutôt animiste de la matière, ses propriétés physiques étant à cette époque inaccessibles. 1000 ans plus tard, William Gilbert distingue corps électriques et magnétiques dans son ouvrage intitulé De Magnete. Johan Ritter, lui, en 1803, fait la supposition que la Terre doit avoir « des pôles électriques comme elle a des pôles magnétiques ». Enfin en 1820, Hans Christian Oersted découvre la relation entre électricité et magnétisme, des lois qui seront décrites par André-Marie Ampère, Michael Faraday, Jean-Baptiste Biot et Félix Savart, et mises en forme par James Clerk Maxwell.

L’étude des ondes électromagnétiques commence au XIXème siècle, avec le physicien britannique Michaël Faraday. En effet, il montre que si un courant électrique à des effets magnétiques, réciproquement, un aimant peut produire un courant électrique.
Un peu plus tard, James Clerk Maxwell réutilise ces travaux ainsi que ceux de André-Marie Ampère afin d’obtenir une vingtaine d’équations différentielles permettant de lier l’électricité, le magnétisme et l’induction, aujourd’hui connues sous le nom d’équations de Maxwell.
Ses équations prévoient l’existence d’une onde se déplaçant dans le vide, dont il mesure expérimentalement la vitesse avec les moyens de l’époque : il trouve 310 740 000 m/s.
Il émet donc l’hypothèse, en 1864 dans un article intitulé A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field que la lumière pourrait être une onde électromagnétique : « L'accord des résultats semble montrer que la lumière et le magnétisme sont deux phénomènes de même nature et que la lumière est une perturbation électromagnétique se propageant dans l'espace suivant les lois de l'électromagnétisme. »
Les premières vérifications expérimentales de la théorie de Maxwell sont obtenues par le physicien allemand Heinrich Hertz en 1887. Il arrive par ailleurs à identifier des ondes électromagnétiques non visibles, se propageant à la même vitesse que la lumière, et susceptibles elles aussi de se diffracter, de se réfracter et de se polariser.
Il effectue la première liaison par faisceau hertzien entre un émetteur et un récepteur, ce qui mènera à la télégraphie ainsi qu’à la radiophonie.
De nombreux scientifiques continueront à étudier les ondes comme Nikola Tesla et Albert Einstein.

B) Caractéristiques des ondes électromagnétiques

Comme nous l’avons dit précédemment, les ondes électromagnétiques n’ont besoin d’aucun support matériel pour se propager.
Les ondes électromagnétiques sont utilisées pour représenter les rayonnements électromagnétiques. Elles sont généralement associées à la notion de photon.
En effet, une onde représente deux choses :

Ces ondes, comme leur nom l’indique, sont le résultat de la vibration simultanée du champ électrique et du champ magnétique. Voici ce que l’ont peut obtenir par analyse spectrale : Modélisation 3D du champ électrique et magnétique
Le champ électrique et le champ magnétique sont perpendiculaires l’un à l’autre. Leurs variations sont liées les unes aux autres par les équations de Maxwell.
On peut donc représenter une onde électromagnétique en utilisant qu’une seule de ses deux composantes, en général on utilise le champ électrique.
Cela permet donc d’aboutir à une équation d’onde plane monochromatique du type :
avec la pulsation qui vaut ( étant la longueur d’onde),le vecteur position du point considéré, le vecteur d’onde dont la norme vaut et est la phase à l'origine.
On peut également utiliser la forme complexe de cette équation :
Pour retrouver les grandeurs physiques, il suffit d’en prendre la partie réelle.
Cependant, malgré le fait qu’elles soient assez complexes, les ondes électromagnétiques sont très présentes dans notre quotidien.



Comme le montre le schéma ci-contre, les ondes électromagnétiques ont des longueurs d’onde qui peuvent aller du picomètre pour les rayons gamma, jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres pour les ondes radio.
Elles sont mêmes visibles pour une longueur d’onde comprise entre 400nm et 780nm (la fréquence est donc comprise entre 385 THz et 750 THz), et correspondent à la lumière et aux couleurs.
Ainsi, nous passons nos journées au milieu des ondes électromagnétiques.