Qu'est-ce que le spectre électromagnétique, dans l'ordre ?

La lumière est une onde, mais ce n'est qu'un membre d'une famille bien plus grande. Tous ses membres sont des ondes électromagnétiques : des vibrations de champs électriques et magnétiques qui transportent de l'énergie. Ce sont des ondes transversales, elles n'ont besoin d'aucun milieu pour se propager et, dans le vide, elles vont toutes à la même vitesse, la vitesse de la lumière : environ 3,0 × 10⁸ m/s (300 000 km par seconde). C'est ainsi que la lumière et la chaleur du Soleil traversent l'espace vide jusqu'à nous.

Ces ondes diffèrent par leur longueur d'onde (la distance entre deux crêtes) et leur fréquence (le nombre d'ondes qui passent en un point chaque seconde, en hertz, Hz). Le long du spectre, la longueur d'onde diminue, la fréquence augmente et chaque petit paquet d'énergie (un photon) transporte plus d'énergie. Par fréquence croissante :

ondes radio → micro-ondes → infrarouge → lumière visible → ultraviolet → rayons X → rayons gamma

Un moyen mnémotechnique : « Rachel Mange Ici Vingt Ultra-XL Gaufres ». Dans le visible, le rouge a la plus grande longueur d'onde et le violet la plus petite (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet).

Vitesse, fréquence et longueur d'onde sont reliées par la relation des ondes :

vitesse = fréquence × longueur d'onde, v = f × λ (pour la lumière dans le vide, on écrit souvent c = λ × f)

La vitesse étant fixe, une fréquence plus grande signifie toujours une longueur d'onde plus petite. Ces nombres sont gigantesques ou minuscules : on les écrit en notation scientifique avec des préfixes : kHz = 10³ Hz, MHz = 10⁶ Hz, GHz = 10⁹ Hz et nm = 10⁻⁹ m.

Est-ce dangereux ? Cela dépend de la fréquence. Les ondes radio, les micro-ondes, l'infrarouge et le visible sont non ionisants : ils ne peuvent pas arracher d'électrons aux atomes. Le principal effet connu des micro-ondes ou de l'infrarouge intenses, c'est l'échauffement, et les téléphones et le wifi émettent à faible puissance. L'ultraviolet peut abîmer les cellules de la peau et les yeux : d'où la crème solaire. Sa partie de plus haute fréquence est même faiblement ionisante. Les rayons X et gamma sont ionisants : ils peuvent endommager l'ADN, donc les doses sont limitées au minimum et le personnel se protège.

Le spectre a été reconstitué en un siècle environ. William Herschel a découvert l'infrarouge en 1800 avec un thermomètre placé au-delà du rouge ; Johann Ritter l'ultraviolet en 1801 ; James Clerk Maxwell a prédit les ondes électromagnétiques dans les années 1860 ; Heinrich Hertz a produit des ondes radio en 1887 ; Wilhelm Röntgen a découvert les rayons X en 1895 ; et le Français Paul Villard a identifié en 1900 les rayons gamma, issus de la radioactivité.

C'est quoi, une onde électromagnétique ?#

C'est une vibration couplée d'un champ électrique et d'un champ magnétique qui se propage, même dans le vide, à la vitesse de la lumière. La lumière, les ondes radio et les rayons X en sont des exemples.

C'est quoi, le rayonnement électromagnétique ?#

C'est l'énergie transportée par les ondes électromagnétiques. On peut aussi le décrire comme un flux de petits paquets d'énergie, les photons ; plus la fréquence est élevée, plus chaque photon est énergétique.

Dans quel ordre est le spectre électromagnétique ?#

Par fréquence croissante (longueur d'onde décroissante) : ondes radio, micro-ondes, infrarouge, visible, ultraviolet, rayons X, rayons gamma.

Le spectre électromagnétique et le « spectre magnétique », c'est pareil ?#

Non. Le « spectre magnétique » est le nom donné, en classe, aux lignes que dessine la limaille de fer autour d'un aimant. Le spectre électromagnétique, lui, est la gamme complète des ondes électromagnétiques.

Les ondes du téléphone et du wifi sont-elles des radiations dangereuses ?#

Ce sont des ondes radio et des micro-ondes, donc non ionisantes : elles ne peuvent pas casser les molécules comme les rayons X. Leur principal effet connu est un léger échauffement, et des limites d'exposition encadrent les appareils.

Pourquoi le spectre électromagnétique est-il important ?#

Presque toutes nos communications (radio, télévision, téléphones, wifi) et une grande partie de la médecine et de l'astronomie en dépendent. Les télescopes radio, infrarouges et X montrent des parties de l'Univers invisibles à l'œil.