1. Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?
Envoyer un fichier d'impression en wifi vers la presse numérique, badger une bobine de papier étiquetée RFID, sécher une encre sous lampes UV : l'atelier est traversé d'ondes électromagnétiques. Une onde électromagnétique est une perturbation qui se propage, même dans le vide, à la vitesse de la lumière. Elle permet de transporter de l'énergie et de transmettre des informations.
Une onde électromagnétique périodique est caractérisée par :
- sa fréquence f, en hertz (Hz) : nombre de périodes par seconde ;
- sa longueur d'onde dans le vide λ (lambda), en mètres (m) : distance parcourue par l'onde pendant une période.
λ = c / f et donc f = c / λ
- λ : longueur d'onde dans le vide en m
- c : vitesse de la lumière dans le vide = 3,00 × 108 m/s
- f : fréquence en Hz
Fréquence et longueur d'onde sont inversement proportionnelles : plus la fréquence est grande, plus la longueur d'onde est petite.
Exemple résolu — wifi de l'atelier : la box transmet les fichiers d'impression à la fréquence f = 2,4 GHz = 2,4 × 109 Hz.
λ = c / f = 3,00 × 108 / (2,4 × 109) = 0,125 m = 12,5 cm.
Exemple résolu — lumière rouge : λ = 600 nm = 6,00 × 10-7 m. f = c / λ = 3,00 × 108 / (6,00 × 10-7) = 5,00 × 1014 Hz.
2. Les domaines du spectre électromagnétique
Le spectre est classé par longueur d'onde (des plus petites aux plus grandes) :
| Domaine | Ordre de grandeur de λ | Exemples de sources / détecteurs |
|---|---|---|
| Rayonnements gamma | < 10-11 m | Sources radioactives, médecine nucléaire |
| Rayons X | 10-11 à 10-8 m | Tube à rayons X (radiographie), détecteurs de contrôle |
| Ultraviolet (UV) | 10-8 à 400 nm | Lampes UV de polymérisation des encres, soleil |
| Visible | 400 nm (violet) à 800 nm (rouge) | Écrans, éclairages, éclair de flash ; détecteur : l'œil, le capteur photo |
| Infrarouge (IR) | 800 nm à ≈ 1 mm | Sécheur IR, télécommande, caméra thermique |
| Micro-ondes | 1 mm à ≈ 10 cm | Four à micro-ondes, radar, certaines liaisons téléphonie/wifi |
| Ondes hertziennes (radio) | > 10 cm | Radio FM, télévision, RFID, téléphonie mobile |
Seul le domaine visible (de 400 nm à 800 nm) est exigible ; les intervalles des autres domaines seront fournis.
Domaine perceptible par l'œil humain : uniquement le visible, de 400 nm (violet) à 800 nm (rouge). Les UV et les IR sont invisibles pour l'œil, mais ils existent et peuvent être dangereux.
Exemple — identifier un domaine : un rayonnement de longueur d'onde λ = 10 µm = 1,0 × 10-5 m est plus grand que 800 nm (8 × 10-7 m) et plus petit que 1 mm : c'est un rayonnement infrarouge. Un rayonnement de λ = 300 nm (entre 10 nm et 400 nm) est un ultraviolet.
3. Transmettre des informations : wifi, téléphonie, RFID
Une onde électromagnétique peut être modulée (on modifie son amplitude ou sa fréquence selon un signal) : elle transporte alors des informations — c'est le principe de la radio, du wifi, de la téléphonie mobile et des étiquettes RFID.
- Réseau wifi : ondes autour de 2,4 GHz et 5 GHz (domaine micro-ondes/radio) : transmission des fichiers vers l'imprimante ou la presse numérique ;
- Téléphone cellulaire : ondes hertziennes/micro-ondes (0,8 à quelques GHz) ;
- RFID : le badge ou l'étiquette répond au lecteur par ondes radio : suivi des stocks de papier et des consommables de l'atelier.
Identifier le domaine spectral d'un rayonnement (méthode pas à pas) :
- 1. Convertir la longueur d'onde en mètres (1 nm = 10-9 m ; 1 µm = 10-6 m).
- 2. Comparer aux bornes fournies (ou connues pour le visible : 400–800 nm).
- 3. Nommer le domaine correspondant et citer une source et un détecteur associés.
- 4. Si la fréquence est donnée, calculer d'abord λ = c / f.
Sécurité : les rayonnements de courte longueur d'onde (UV, X, gamma) transportent beaucoup d'énergie et sont dangereux pour l'œil et la peau : ne jamais regarder une lampe UV de polymérisation sans écran de protection, respecter les capots et interverrouillages des machines. Les sécheurs IR chauffent : risque de brûlure. Le visible intense (flash, soleil) peut aussi léser la rétine en vision directe.