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Piste : • La statique des fluides : équilibre et pression
cours:lycee:sti2d:terminale_technologique:physique_chimie:les_ondes_electromagnetiques

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cours:lycee:sti2d:terminale_technologique:physique_chimie:les_ondes_electromagnetiques [2026/05/08 18:21] – Correction automatique MathPublish prof67cours:lycee:sti2d:terminale_technologique:physique_chimie:les_ondes_electromagnetiques [2026/08/15 13:47] (Version actuelle) – modification externe 127.0.0.1
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 ====== Les ondes électromagnétiques : de l'invisible au quotidien ====== ====== Les ondes électromagnétiques : de l'invisible au quotidien ======
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 ===== Prérequis ===== ===== Prérequis =====
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 Pour aborder ce cours dans les meilleures conditions, il est indispensable de maîtriser les notions suivantes issues des classes de seconde et de première : Pour aborder ce cours dans les meilleures conditions, il est indispensable de maîtriser les notions suivantes issues des classes de seconde et de première :
  
-* La définition d'un phénomène périodique et la relation entre période <m>T</m> (en <m>s</m>) et fréquence <m>f</m> (en <m>Hz</m>) : <m>f = 1/T</m>. +  * La définition d'un phénomène périodique et la relation entre période <m 12>T</m> (en <m 12>s</m>) et fréquence <m 12>f</m> (en <m 12>Hz</m>) : <m 12>f=(1)/(T)</m>. 
-* La notion de propagation d'un signal sans transport de matière. +  * La notion de propagation d'un signal sans transport de matière. 
-* La conversion des unités (nanomètres, micromètres, gigahertz). +  * La conversion des unités (nanomètres, micromètres, gigahertz). 
-* La manipulation de base des puissances de dix.+  * La manipulation de base des puissances de dix.
  
 Ce chapitre se situe généralement au milieu de l'année de Terminale technologique, après l'étude des signaux périodiques et avant l'étude de la transition énergétique ou de la santé, car il constitue le socle de compréhension des télécommunications et de l'imagerie médicale. Ce chapitre se situe généralement au milieu de l'année de Terminale technologique, après l'étude des signaux périodiques et avant l'étude de la transition énergétique ou de la santé, car il constitue le socle de compréhension des télécommunications et de l'imagerie médicale.
Ligne 22: Ligne 20:
 Contrairement aux ondes mécaniques (comme le son ou les vagues) qui ont besoin d'un milieu matériel (air, eau, métal) pour se déplacer, une **onde électromagnétique** résulte de la propagation d'une perturbation des champs électrique et magnétique. Sa caractéristique majeure est qu'elle peut se propager dans le **vide** comme dans les milieux matériels transparents. Contrairement aux ondes mécaniques (comme le son ou les vagues) qui ont besoin d'un milieu matériel (air, eau, métal) pour se déplacer, une **onde électromagnétique** résulte de la propagation d'une perturbation des champs électrique et magnétique. Sa caractéristique majeure est qu'elle peut se propager dans le **vide** comme dans les milieux matériels transparents.
  
-Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se déplacent à une vitesse constante, appelée **célérité**, notée <m>c</m>. Sa valeur est : +Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques se déplacent à une vitesse constante, appelée **célérité**, notée <m 12>c</m>. Sa valeur est : 
-<m>c approx 3,00 . 10^8 m.s^-1</m>+<m 12>c approx 3,00.10^8 m.s^-1</m>
  
 ==== 1.2 Les grandeurs caractéristiques ==== ==== 1.2 Les grandeurs caractéristiques ====
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 Une onde électromagnétique est définie par deux grandeurs intimement liées : Une onde électromagnétique est définie par deux grandeurs intimement liées :
  
-* **La fréquence (<m>f</m> ou <m>nu</m>)** : C'est le nombre de vibrations par seconde. Elle s'exprime en **Hertz** (<m>Hz</m>). Elle ne dépend que de la source de l'onde. +  * **La fréquence (<m 12>f</m> ou <m 12>nu</m>)** : C'est le nombre de vibrations par seconde. Elle s'exprime en **Hertz** (<m 12>Hz</m>). Elle ne dépend que de la source de l'onde. 
-* **La longueur d'onde (<m>lambda</m>)** : C'est la distance parcourue par l'onde pendant une période <m>T</m>. Elle s'exprime en **mètres** (<m>m</m>).+  * **La longueur d'onde (<m 12>lambda</m>)** : C'est la distance parcourue par l'onde pendant une période <m 12>T</m>. Elle s'exprime en **mètres** (<m 12>m</m>).
  
 La relation fondamentale reliant ces grandeurs est : La relation fondamentale reliant ces grandeurs est :
-<m>lambda = (c)/(f)</m>+<m 12>lambda=(c)/(f)</m>
  
 **Remarque pédagogique :** Attention à ne pas confondre la fréquence et la longueur d'onde. Elles sont inversement proportionnelles : plus la fréquence est élevée (vibrations rapides), plus la longueur d'onde est courte. **Remarque pédagogique :** Attention à ne pas confondre la fréquence et la longueur d'onde. Elles sont inversement proportionnelles : plus la fréquence est élevée (vibrations rapides), plus la longueur d'onde est courte.
  
-**Exemple concret :** Une station radio émettant sur <m>100 MHz</m> (<m>100 . 10^6 Hz</m>).+**Exemple concret :** Une station radio émettant sur <m 12>100 MHz</m> (<m 12>100.10^6 Hz</m>).
 Calculons sa longueur d'onde : Calculons sa longueur d'onde :
-<m>lambda = (3,00 . 10^8)/(100 . 10^6) = 3,00 m</m>+<m 12>lambda=(3,00.10^8)/(100.10^6)=3,00 m</m>
 L'antenne de réception devra avoir une taille proportionnelle à ces 3 mètres pour capter efficacement le signal. L'antenne de réception devra avoir une taille proportionnelle à ces 3 mètres pour capter efficacement le signal.
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 ===== 2. L'exploration du spectre électromagnétique ===== ===== 2. L'exploration du spectre électromagnétique =====
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 On distingue classiquement plusieurs familles (de la plus grande longueur d'onde à la plus petite) : On distingue classiquement plusieurs familles (de la plus grande longueur d'onde à la plus petite) :
  
-* **Ondes Radio** (<m>lambda > 10 cm</m>) : Utilisées pour la radio, la télévision et les réseaux mobiles. +  * **Ondes Radio** (<m 12>lambda>10 cm</m>) : Utilisées pour la radio, la télévision et les réseaux mobiles. 
-* **Micro-ondes** (<m>1 mm < lambda < 10 cm</m>) : Radar, Wi-Fi, fours à micro-ondes. +  * **Micro-ondes** (<m 12>1 mm<lambda<10 cm</m>) : Radar, Wi-Fi, fours à micro-ondes. 
-* **Infrarouges (IR)** : Rayonnement thermique, télécommandes. +  * **Infrarouges (IR)** : Rayonnement thermique, télécommandes. 
-* **Domaine du Visible** (<m>400 nm < lambda < 800 nm</m>) : La seule partie du spectre détectée par l'œil humain. +  * **Domaine du Visible** (<m 12>400 nm<lambda<800 nm</m>) : La seule partie du spectre détectée par l'œil humain. 
-* **Ultraviolets (UV)** : Responsables du bronzage (et des coups de soleil). +  * **Ultraviolets (UV)** : Responsables du bronzage (et des coups de soleil). 
-* **Rayons X et Rayons Gamma** : Ondes de très haute fréquence, utilisées en médecine et industrie, mais très énergétiques.+  * **Rayons X et Rayons Gamma** : Ondes de très haute fréquence, utilisées en médecine et industrie, mais très énergétiques.
  
 ==== 2.2 L'aspect corpusculaire : le photon ==== ==== 2.2 L'aspect corpusculaire : le photon ====
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 Au début du XXe siècle, les physiciens ont découvert que l'onde électromagnétique peut aussi être décrite comme un flux de particules sans masse appelées **photons**. Chaque photon transporte un "paquet" d'énergie appelé **quantum**. Au début du XXe siècle, les physiciens ont découvert que l'onde électromagnétique peut aussi être décrite comme un flux de particules sans masse appelées **photons**. Chaque photon transporte un "paquet" d'énergie appelé **quantum**.
  
-**La loi de Planck** permet de calculer l'énergie <m>E</m> d'un photon : +**La loi de Planck** permet de calculer l'énergie <m 12>E</m> d'un photon : 
-<m>E = h . f</m>+<m 12>E=h.f</m>
 Où : Où :
  
-* <m>E</m> est l'énergie en **Joules** (<m>J</m>) +  * <m 12>E</m> est l'énergie en **Joules** (<m 12>J</m>) 
-* <m>h</m> est la constante de Planck : <m>h approx 6,63 . 10^-34 J.s</m> +  * <m 12>h</m> est la constante de Planck : <m 12>h approx 6,63.10^-34 J.s</m> 
-* <m>f</m> est la fréquence en **Hertz** (<m>Hz</m>)+  * <m 12>f</m> est la fréquence en **Hertz** (<m 12>Hz</m>)
  
-En utilisant la relation <m>lambda = c/f</m>, on peut aussi écrire : +En utilisant la relation <m 12>lambda=(c)/(f)</m>, on peut aussi écrire : 
-<m>E = (h . c)/(lambda)</m>+<m 12>E=(h.c)/(lambda)</m>
  
 **Analyse :** On constate que l'énergie est proportionnelle à la fréquence. Ainsi, un photon de rayon X (haute fréquence) est beaucoup plus énergétique qu'un photon radio (basse fréquence). C'est pour cela que les rayons X peuvent traverser le corps humain alors que les ondes radio rebondissent ou sont absorbées sans dégâts cellulaires immédiats. **Analyse :** On constate que l'énergie est proportionnelle à la fréquence. Ainsi, un photon de rayon X (haute fréquence) est beaucoup plus énergétique qu'un photon radio (basse fréquence). C'est pour cela que les rayons X peuvent traverser le corps humain alors que les ondes radio rebondissent ou sont absorbées sans dégâts cellulaires immédiats.
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-<hr> 
  
 ===== 3. Propagation et applications technologiques ===== ===== 3. Propagation et applications technologiques =====
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 Lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou un nouveau milieu, plusieurs scénarios se produisent : Lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou un nouveau milieu, plusieurs scénarios se produisent :
  
-* **Réflexion** : L'onde "rebondit" sur la surface (ex : miroir pour la lumière, ionosphère pour certaines ondes radio). +  * **Réflexion** : L'onde "rebondit" sur la surface (ex : miroir pour la lumière, ionosphère pour certaines ondes radio). 
-* **Réfraction** : L'onde change de direction en changeant de milieu (ex : lentille optique). +  * **Réfraction** : L'onde change de direction en changeant de milieu (ex : lentille optique). 
-* **Absorption** : Le milieu absorbe une partie de l'énergie de l'onde et la transforme souvent en chaleur (ex : les aliments dans un four à micro-ondes).+  * **Absorption** : Le milieu absorbe une partie de l'énergie de l'onde et la transforme souvent en chaleur (ex : les aliments dans un four à micro-ondes).
  
 ==== 3.2 L'atténuation d'un signal ==== ==== 3.2 L'atténuation d'un signal ====
  
 Lorsqu'un signal se propage dans un câble ou dans l'air, sa puissance diminue avec la distance. C'est ce qu'on appelle l'**atténuation**. Lorsqu'un signal se propage dans un câble ou dans l'air, sa puissance diminue avec la distance. C'est ce qu'on appelle l'**atténuation**.
-L'affaiblissement <m>A</m> (ou affaiblissement de propagation) s'exprime souvent en décibels (<m>dB</m>) : +L'affaiblissement <m 12>A</m> (ou affaiblissement de propagation) s'exprime souvent en décibels (<m 12>dB</m>) : 
-<m>A = 10 . log((P_entrée)/(P_sortie))</m>+<m 12>A=10.log((P_entree)/(P_sortie))</m>
  
 **Question de réflexion :** Pourquoi capte-t-on moins bien le Wi-Fi dans une chambre éloignée de la box ?  **Question de réflexion :** Pourquoi capte-t-on moins bien le Wi-Fi dans une chambre éloignée de la box ? 
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 ==== 3.3 Exercice d'application 1 : La fibre optique ==== ==== 3.3 Exercice d'application 1 : La fibre optique ====
-Une fibre optique présente une atténuation linéique de <m>alpha = 0,2 dB.km^-1</m>. On injecte un signal de puissance <m>P_entrée = 10 mW</m>. Quelle sera la puissance après <m>50 km</m> de propagation ?+Une fibre optique présente une atténuation linéique de <m 12>alpha=0,2 dB.km^-1</m>. On injecte un signal de puissance <m 12>P_entree=10 mW</m>. Quelle sera la puissance après <m 12>50 km</m> de propagation ?
  
 **Corrigé guidé :** **Corrigé guidé :**
  
-- Calculons l'atténuation totale : <m>A = alpha . L = 0,2 . 50 = 10 dB</m>. +  * Calculons l'atténuation totale : <m 12>A=alpha.L=0,2.50=10 dB</m>. 
-- Utilisons la formule de l'atténuation : <m>10 = 10 . log(P_e / P_s)</m>, donc <m>1 = log(P_e / P_s)</m>. +  * Utilisons la formule de l'atténuation : <m 12>10=10.log((P_e)/(P_s))</m>, donc <m 12>1=log((P_e)/(P_s))</m>. 
-- Par définition du logarithme, <m>10^1 = P_e / P_s</m>, soit <m>P_s = P_e / 10</m>. +  * Par définition du logarithme, <m 12>10^1=(P_e)/(P_s)</m>, soit <m 12>P_s=(P_e)/(10)</m>. 
-- Résultat : <m>P_s = 10 / 10 = 1 mW</m>. Le signal a perdu <m>90 \%</m> de sa puissance. +  * Résultat : <m 12>P_s=10/10=1 mW</m>. Le signal a perdu <m 12>90 %</m> de sa puissance.
- +
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 ===== 4. Interactions avec le vivant et enjeux de sécurité ===== ===== 4. Interactions avec le vivant et enjeux de sécurité =====
Ligne 117: Ligne 109:
 ==== 4.1 Rayonnements ionisants et non-ionisants ==== ==== 4.1 Rayonnements ionisants et non-ionisants ====
  
-* **Rayonnements non-ionisants** : (Radio, Micro-ondes, IR, Visible). Leur énergie est insuffisante pour arracher des électrons aux atomes des cellules. Leur principal effet est thermique (échauffement). +  * **Rayonnements non-ionisants** : (Radio, Micro-ondes, IR, Visible). Leur énergie est insuffisante pour arracher des électrons aux atomes des cellules. Leur principal effet est thermique (échauffement). 
-* **Rayonnements ionisants** : (UV lointains, Rayons X, Gamma). Leur fréquence est si élevée que chaque photon possède assez d'énergie pour briser des liaisons chimiques ou endommager l'ADN.+  * **Rayonnements ionisants** : (UV lointains, Rayons X, Gamma). Leur fréquence est si élevée que chaque photon possède assez d'énergie pour briser des liaisons chimiques ou endommager l'ADN.
  
 **Encadré Sécurité :** L'exposition aux rayonnements ionisants doit être contrôlée selon le principe **ALARA** (*As Low As Reasonably Achievable* - aussi bas que raisonnablement possible). C'est pourquoi le radiologue se protège derrière un écran de plomb. **Encadré Sécurité :** L'exposition aux rayonnements ionisants doit être contrôlée selon le principe **ALARA** (*As Low As Reasonably Achievable* - aussi bas que raisonnablement possible). C'est pourquoi le radiologue se protège derrière un écran de plomb.
Ligne 124: Ligne 116:
 ==== 4.2 Le Débit d'Absorption Spécifique (DAS) ==== ==== 4.2 Le Débit d'Absorption Spécifique (DAS) ====
  
-Pour les téléphones portables, on utilise l'indice **DAS**. Il mesure la vitesse à laquelle l'énergie est absorbée par le corps humain lorsqu'il est exposé à un champ électromagnétique radiofréquence. Il s'exprime en **W.kg<m>^-1</m>**. En France, la limite réglementaire pour la tête est de <m>2 W.kg^-1</m>.+Pour les téléphones portables, on utilise l'indice **DAS**. Il mesure la vitesse à laquelle l'énergie est absorbée par le corps humain lorsqu'il est exposé à un champ électromagnétique radiofréquence. Il s'exprime en **W.kg<m 12>^-1</m>**. En France, la limite réglementaire pour la tête est de <m 12>2 W.kg^-1</m>.
  
 ==== 4.3 Exercice d'application 2 : Énergie d'un photon UV ==== ==== 4.3 Exercice d'application 2 : Énergie d'un photon UV ====
-Un rayonnement ultraviolet a une longueur d'onde <m>lambda = 250 nm</m>. +Un rayonnement ultraviolet a une longueur d'onde <m 12>lambda=250 nm</m>. 
  
-- Calculer sa fréquence. +  * Calculer sa fréquence. 
-- Calculer l'énergie d'un photon associé.+  * Calculer l'énergie d'un photon associé.
  
 **Corrigé guidé :** **Corrigé guidé :**
  
-- Données : <m>c = 3,00 . 10^8 m.s^-1</m> ; <m>lambda = 250 . 10^-9 m</m>. +  * Données : <m 12>c=3,00.10^8 m.s^-1</m> ; <m 12>lambda=250.10^-9 m</m>. 
-<m>f = c / lambda = (3,00 . 10^8) / (250 . 10^-9) = 1,2 . 10^15 Hz</m>. +<m 12>f=(c)/(lambda)=(3,00.10^8)/(250.10^-9)=1,2.10^15 Hz</m>. 
- +  * <m 12>E=h.f=6,63.10^-34.1,2.10^15=7,96.10^-19 J</m>.
-- <m>E = h . f = 6,63 . 10^-34 . 1,2 . 10^15 = 7,96 . 10^-19 J</m>. +
- +
-<hr>+
  
 ===== Résumé ===== ===== Résumé =====
  
-* Une **onde électromagnétique** se propage dans le vide à la célérité <m>c = 3,00 . 10^8 m.s^-1</m>. +  * Une **onde électromagnétique** se propage dans le vide à la célérité <m 12>c=3,00.10^8 m.s^-1</m>. 
-* La relation fondamentale entre longueur d'onde et fréquence est <m>lambda = (c)/(f)</m>. +  * La relation fondamentale entre longueur d'onde et fréquence est <m 12>lambda=(c)/(f)</m>. 
-* Le **spectre électromagnétique** regroupe les ondes par domaines d'application (Radio, Visible, X, etc.). +  * Le **spectre électromagnétique** regroupe les ondes par domaines d'application (Radio, Visible, X, etc.). 
-* Le **photon** est la particule associée à l'onde, son énergie est donnée par <m>E = h . f</m>. +  * Le **photon** est la particule associée à l'onde, son énergie est donnée par <m 12>E=h.f</m>. 
-* Plus la fréquence est élevée, plus l'onde est énergétique et potentiellement **ionisante** (danger pour l'ADN). +  * Plus la fréquence est élevée, plus l'onde est énergétique et potentiellement **ionisante** (danger pour l'ADN). 
-* L'**atténuation** d'un signal traduit la perte de puissance lors de la propagation, elle s'exprime en décibels (<m>dB</m>). +  * L'**atténuation** d'un signal traduit la perte de puissance lors de la propagation, elle s'exprime en décibels (<m 12>dB</m>). 
-* Le **DAS** limite l'exposition du public aux ondes des terminaux mobiles pour éviter l'échauffement des tissus. +  * Le **DAS** limite l'exposition du public aux ondes des terminaux mobiles pour éviter l'échauffement des tissus.
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