, par Christophe Delattre

Un petit retour aux bases… Quel rapport peut-il y avoir entre votre four micro-ondes, le rayonnement gamma produit par une explosion nucléaire, votre bronzage aux UV, les couleurs jaune et rouge du maillot de mon équipe de Foot préférée, la chaleur émanant de votre amoureux(se) et l’émission de radio qui passe dans la salle de bain ?… La lumière !

Et plus précisément les ondes électro-magnétiques. En effet, tout comme la vague est une onde sur l’eau, et le son, une onde dans l’air, la lumière est une onde du « champ électro-magnétique », un concept que l’on n’étudiera pas ici (Pourquoi ? Parce que…). Bon, je consens néanmoins à vous dire que la lumière est un peu plus qu’une onde mais je n’en dirai pas plus, au risque de réveiller le Chat de Schrödinger.

lumière et couleurs

Fréquence et longueur d’onde

Comme toute onde, la lumière peut être caractérisée par sa longueur d’onde ou sa fréquence.

  • La « longueur d’onde » est tout simplement la distance entre deux « vagues ».
  • La « fréquence » est tout simplement le nombre de « vagues » passant par un point à chaque seconde.

De ce fait, si la vitesse des ondes est constante, plus la longueur d’onde est grande, plus la fréquence est petite… et inversement (eh oui, si les wagons font 20m de long, vous en verrez moins passer par seconde que s’ils ne font que 5m).

ondes lumiere

En pratique, imaginons que je produise des vaguelettes avec mon pied dans mon bain. Disons que ces vaguelettes avancent à la vitesse d’1 mètre par seconde. Si leur longueur d’onde est de 5cm (distance entre chaque vaguelette), eh bien mon petit canard (ne vous moquez pas) va s’élever 20 fois par seconde (car il y a 20 vagues espacées de 5cm dans 1m).
Vous pouvez remplacer les mots « fois par seconde » par « Herz » (écrit Hz). C’est la même chose.
Mes petites vaguelettes ont donc une longueur d’onde de 5cm et une fréquence de 20Hz.

En connaissant la vitesse des ondes, on peut donc calculer la fréquence en fonction de la longueur d’onde (ou la longueur d’onde en fonction de la fréquence). Bref, ce sont deux choses qui caractérisent un peu la même chose mais de façon différente. Pour la lumière, cette chose, c’est l’énergie des ondes lumineuses. Plus la fréquence des ondes lumineuses sera grande (et donc plus leur longueur d’onde sera petite), plus l’énergie véhiculée sera grande.

Dans le vide, la lumière a une vitesse constante de près de 300 000 km par seconde. Oui, c’est un tantinet rapide : cela signifie qu’en une seconde, la lumière ferait 7,5 fois le tour de la Terre ! Cela implique que, même pour une longueur d’onde élevée, la fréquence (le nombre d’ondes passant par seconde) restera assez importante.

Couleurs

Revenons à nos couleurs. Quelle est la différence entre une lumière rouge, jaune, verte ou bleue ?
Vous l’aurez compris : c’est la longueur d’onde (ou la fréquence) de cette lumière.

couleurs

La longueur d’onde de la lumière visible va de 390nm (violet) à 750nm (rouge), le nanomètre (nm) correspondant à un milliardième de mètre. Toutes les couleurs de l’arc-en-ciel se situent entre ces deux valeurs. D’autres couleurs existent : elles sont un mélange de ces couleurs de l’arc-en-ciel, tel le blanc qui est un mélange de toute cette lumière visible (le noir étant bien sûr l’absence de lumière visible).

couleurs et lumière

L’invisible avant le rouge

Vous vous doutez que la lumière peut avoir une longueur d’onde supérieure à 750nm (ou, c’est équivalent, une fréquence plus petite). Mais nos yeux n’y sont plus sensibles. Nous quittons là la lumière visible, et entrons dans l’infrarouge (de 750nm à 0,1mm). Cela correspond à la lumière que nous émettons en raison de notre température corporelle.

Si nous allongeons encore la longueur d’onde, nous passons les « TeraHertz » (0,1mm à 1mm), avant de parvenir aux micro-ondes (1mm à 1m) qui ont la particularité (c’est un plus compliqué, mais bon) de faire tourner rapidement sur elles-mêmes les molécules d’eau, ce qui – comme vous le savez – réchauffe le tout.

Si la longueur d’onde dépasse 1mm, il s’agit d’ondes radio (appelé également « ondes hertzienne »). Les plus petites (de 1mm à 10cm) sont utilisées par les radars ou la transmission satellitaire. Ensuite viennent les UHF (10cm à 1m) pour la télévision, le GSM, le GPS, le Wifi. Puis ce sont les VHF (1m à 10m) utilisées pour la radio FM et différents réseaux particuliers (aéronautique, gendarmerie, SAMU, etc.). Vient alors le domaine du HF (10m à 100m) également utilisé pour les transmissions par l’aéronautique mais aussi par les militaires ou les radioamateurs. Puis ce sont les ondes moyennes (100m à 1km) et longues (1km à 10km) utilisées en radiodiffusion ou pour les transmissions maritimes. Au-delà d’une longueur d’ondes de 10km, cela ne concerne plus que les transmissions sous-marines et la détection de phénomènes naturels.

ondes radio

Une petite remarque concernant une erreur assez commune : ce ne sont pas des ondes radio qui sortent de votre radio, c’est du son. L’onde radio, c’est ce qu’il y a entre l’émetteur et votre poste, ou (pour faire plus moderne) entre votre box wifi et votre ordinateur.

L’invisible après le violet

De même, vous vous doutez bien que la lumière peut avoir une longueur d’onde inférieure à 390nm. Nous avons ici affaire à des rayonnements de plus en plus énergétiques : l’ultraviolet tout d’abord avec ses UV-A (390nm à 315nm) qui font bronzer rapidement (et vieillir) votre peau, puis les UV-B (315nm à 280nm) qui font bronzer durablement (et brûler) votre peau, et enfin les UV-C (280nm à 10nm) utilisés pour la stérilisation d’objets (ou de vous si vous insistez vraiment).

Puis nous entrons dans le domaine des rayons X (10nm à 0,01nm), utilisés en imagerie médicale mais dont il ne faut pas non plus abuser, et enfin celui des rayons gamma dont la longueur d’onde est inférieure à la taille d’un atome. Ce rayonnement gamma (issu des phénomènes les plus énergétiques, telle la radio-activité) est – faut-il le préciser – une « lumière » qui ne vous sera d’aucune utilité pour le bronzage.

Je n’ai parlé que de longueurs d’onde, vous trouverez ci-dessous la même chose exprimée en fréquences (1GHz = 1 milliard de fois par seconde) :

ondes et lumiere

Conclusion

Pour résumer, le but était ici de vous faire comprendre que les rayons X ou les ondes radio, ne sont rien d’autre que de la lumière que nos yeux ne sont pas capables de détecter. Tout ce qui les différencie est leur longueur d’onde (ou leur fréquence).

Les rayons X, et encore plus les rayons gamma, ont une longueur d’onde très petite (et donc une fréquence extrêmement élevée), alors que les ondes radio ont une longueur d’onde très grande (et donc une fréquence faible). Entre les deux, il y a les ultraviolets, les infrarouges, les micro-ondes, et au milieu de tout cela… les couleurs !

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  Catégorie(s) : Physique

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