Aperçu, régions et caractéristiques du spectre électromagnétique

Publié le 18 janvier, 2024

Qu’est-ce que le spectre électromagnétique?

Les humains vivent dans un monde entouré de lumière. En fait, il existe de nombreuses sortes de lumière que les humains ne peuvent même pas voir. Il existe également de nombreux organismes capables de voir plus de types, ou moins de types de lumière, que les humains. Les moustiques et certains serpents peuvent voir la lumière infrarouge, certains oiseaux peuvent détecter la lumière ultraviolette et les animaux comme les homards des grands fonds ne peuvent pas voir du tout.

Pour classer tous les différents types de lumière, les scientifiques ont créé ce qu’on appelle le spectre électromagnétique. Le spectre électromagnétique est défini comme l’ensemble de la distribution du rayonnement électromagnétique en fonction de la longueur d’onde ou de la fréquence. À une extrémité du spectre, avec la fréquence la plus basse et la longueur d’onde la plus longue, se trouvent les ondes radio. Viennent ensuite les micro-ondes, que nous utilisons parfois pour réchauffer nos aliments, puis la lumière infrarouge. La lumière visible, celle que les humains peuvent voir, se situe au milieu du spectre. Viennent ensuite les rayons ultraviolets et les rayons X. Les rayonnements ayant la fréquence énergétique la plus élevée et la longueur d’onde la plus courte sont appelés rayons gamma.

Un diagramme de la NASA montrant le spectre électromagnétique complet.

Un diagramme montrant le spectre électromagnétique complet.

Les ondes électromagnétiques sont simplement des ondes composées de champs magnétiques et électriques oscillants. Ainsi, le spectre ci-dessus représente simplement la gamme complète de ces ondes. Mais quand quelqu’un demande « Qu’est-ce que le spectre électromagnétique ? » une réponse plus simple pourrait être qu’il s’agit d’une liste de tous les différents types de lumière. Une partie de cette lumière est visible à l’œil humain (lumière visible), une autre partie est visible par d’autres animaux (infrarouge et ultraviolet), une partie est utilisée pour envoyer des signaux à travers l’atmosphère (ondes radio) et une autre partie est visible. si puissant qu’il peut traverser la chair et les os (rayons X). La lumière est une onde qui se propage sans support à des vitesses impossibles. En fait, la vitesse de la lumière, toute lumière, dans le vide est d’environ 670 616 629 milles par heure.

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Régions du spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique est divisé en sept régions différentes en fonction de la fréquence et de la longueur d’onde du rayonnement électromagnétique. Parce que la lumière se déplace à une vitesse constante quel que soit son type, la fréquence et la longueur d’onde ont une relation inverse précise. Les ondes haute fréquence, comme les rayons gamma, ont des longueurs d’onde courtes. Les ondes basse fréquence, comme les ondes radio, ont de grandes longueurs d’onde. Vous trouverez ci-dessous une explication de la gamme de fréquences et de longueurs d’onde qui composent chacune des sept régions du spectre ainsi que de la manière dont chaque type spécifique de rayonnement est utilisé dans notre vie quotidienne.

Caractéristiques de la région des ondes radio

Les ondes radio sont des ondes électromagnétiques de basse fréquence et de longue longueur d’onde. Il s’agit du type de rayonnement électromagnétique le moins énergétique et le moins dangereux. Leur longueur d’onde est définie comme toute longueur d’onde supérieure à 1 millimètre et leur fréquence est définie comme toute fréquence inférieure à 300 000 000 000 Hz. Les ondes radio sont utilisées pour tout, des autoradios aux téléphones portables en passant par les ouvre-portes de garage. Et bien sûr, en modulant soit l’amplitude (AM) soit la fréquence (FM) des ondes radio, on peut diffuser de la musique sur les autoradios dans toute une ville ou une région.

Caractéristiques de la région micro-ondes

Les micro-ondes ont une fréquence plus élevée et une longueur d’onde plus basse que les ondes radio, mais elles sont généralement considérées comme à faible énergie et ne sont généralement pas considérées comme dangereuses pour les humains. Leur longueur d’onde est définie comme toute longueur d’onde comprise entre 1 millimètre et 25 micromètres, et leur fréquence est définie comme toute fréquence comprise entre 300 000 000 000 et 10 000 000 000 000 de Hertz. Bien sûr, les micro-ondes sont utilisées par les fours à micro-ondes, mais pas en raison de leur puissance. Les fours à micro-ondes utilisent plutôt une fréquence spécifique capable de faire vibrer (et donc de réchauffer) les molécules d’eau contenues dans les aliments. De plus, les micro-ondes sont utilisées par certains types de radars, d’écouteurs et de haut-parleurs Bluetooth et même par le Wi-Fi.

Caractéristiques de la région infrarouge

Juste au-dessus des fréquences micro-ondes et juste en dessous de la lumière visible, se trouve un type de rayonnement appelé lumière infrarouge. Le préfixe « infra- » signifie en latin « en dessous ». Infrarouge signifie « en dessous du rouge » sur le spectre électromagnétique. Les longueurs d’onde infrarouges sont définies comme toute longueur d’onde comprise entre 25 micromètres et 2,5 micromètres, et leur fréquence est définie comme toute fréquence comprise entre 10 000 000 000 000 et 400 000 000 000 000 Hertz. La lumière infrarouge est créée par des lampes chauffantes, des grille-pain et même des fours pour réchauffer les aliments. Il convient de noter que ces appareils peuvent également créer de la lumière visible lorsqu’ils sont réglés à un niveau suffisamment élevé.

Caractéristiques de la région de lumière visible

La lumière visible n’est pas fondamentalement différente de la lumière infrarouge. Mais sa fréquence est suffisamment élevée et sa longueur d’onde suffisamment basse pour être détectable par l’œil humain. Il existe une variété de couleurs (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet, etc.) qui correspondent toutes à des fréquences différentes, le rouge étant la fréquence de lumière la plus basse et le violet la plus élevée. Il est important de noter que la lumière visible est une catégorie distinctement humaine ; de nombreux serpents peuvent voir la lumière infrarouge et de nombreux oiseaux peuvent voir la lumière ultraviolette. Les longueurs d’onde de la lumière visible varient de 400 à 750 nanomètres et les fréquences sont comprises entre 400 000 000 000 000 et 750 000 000 000 000 Hertz.

Un diagramme du spectre visible de la lumière avec les longueurs d’onde associées.

Une image montrant le spectre visible de la lumière, du rouge au violet.

Caractéristiques de la région ultraviolette

Juste au-delà de la lumière visible, à une fréquence légèrement plus élevée, se trouve la lumière ultraviolette. Le préfixe « ultra- » vient du latin et signifie « situé au-delà ». Ainsi, la lumière ultraviolette se situe juste au-delà du violet sur le spectre électromagnétique. Cependant, une différence clé entre la lumière ultraviolette et la lumière visible est que la lumière ultraviolette peut être dangereuse. À hautes fréquences et en grande quantité, la lumière ultraviolette est capable d’éliminer les électrons des matériaux qu’elle frappe. Cela peut endommager les cellules et les tissus humains, provoquant des coups de soleil ou même un cancer de la peau. Les longueurs d’onde de la lumière ultraviolette varient de 1 à 400 nanomètres et les fréquences se situent entre 1 000 000 000 000 000 et 100 000 000 000 000 000 de Hertz.

Caractéristiques de la région radiographique

Les rayons X sont d’une fréquence plus élevée, transportent plus d’énergie et ont des longueurs d’onde plus courtes que la lumière ultraviolette. Ils peuvent être très dangereux, capables d’endommager et de provoquer le cancer des cellules humaines. Mais ils sont aussi très utiles. Étant donné que les rayons X pénètrent plus facilement dans les tissus mous que dans les os, les médecins les utilisent pour identifier les fractures et évaluer de nombreuses maladies. Il est toutefois important qu’ils soient utilisés en toute sécurité. En règle générale, les appareils à rayons X ne sont allumés que pendant un bref instant et les organes internes sont protégés de la procédure à l’aide d’une couverture de plomb. Les longueurs d’onde des rayons X vont de 1 nanomètre à 1 picomètre et les fréquences sont comprises entre 100 000 000 000 000 000 et 100 000 000 000 000 000 000 Hertz.

Caractéristiques de la région des rayons gamma

Les rayons gamma ont l’énergie, la fréquence et la puissance les plus élevées parmi tous les types de rayonnement électromagnétique. Ils ont également une longueur d’onde courte et sont très dangereux. Les rayons gamma peuvent être extrêmement nocifs pour les humains si l’exposition est en grande quantité. C’est l’une des raisons pour lesquelles les déchets nucléaires sont si nocifs, car ils émettent des rayons gamma pendant des centaines, voire des milliers d’années après la consommation du combustible nucléaire. Cependant, les rayons gamma peuvent être utiles en médecine (où ils peuvent tuer les cellules cancéreuses) et dans certaines industries (où ils sont utilisés pour la stérilisation). Les longueurs d’onde des rayons gamma sont classées comme inférieures à 1 picomètre et les fréquences sont supérieures à 100 000 000 000 000 000 000 Hertz.


Le monde est entouré de lumière et pour classer tous les différents types de lumière, les scientifiques ont créé ce qu’on appelle le spectre électromagnétique. Le spectre électromagnétique est défini comme l’ensemble de la distribution du rayonnement électromagnétique en fonction de la longueur d’onde ou de la fréquence. Le spectre comprend les ondes radio, les micro-ondes, la lumière infrarouge, la lumière visible, la lumière ultraviolette, les rayons X et les rayons gamma. Les ondes radio ont la fréquence la plus basse et la longueur d’onde la plus grande, suivies par les micro-ondes puis par la lumière infrarouge. Ces différents types d’ondes électromagnétiques ont des applications différentes. Par exemple, certains serpents et moustiques sont capables de trouver leur nourriture grâce à leur vision infrarouge, tandis que les humains utilisent les micro-ondes pour augmenter l’énergie thermique des aliments.

La lumière visible se situe au milieu du spectre et est simplement définie comme le type de lumière que le globe oculaire humain peut détecter. À des fréquences encore plus élevées, la lumière ultraviolette et les rayons X peuvent être dangereux. Par exemple, la lumière ultraviolette peut provoquer des coups de soleil ou même un cancer de la peau en grande quantité. Enfin, le type de rayonnement électromagnétique ayant la fréquence la plus élevée et la longueur d’onde la plus courte est appelé rayons gamma.



Transcription vidéo

Le spectre électromagnétique


Les fréquences sont définies sur le spectre électromagnétique.
Diagramme du spectre électromagnétique

Dans les leçons précédentes, nous avons découvert les ondes et leurs propriétés de base, y compris les très intrigantes ondes électromagnétiques. Les ondes EM proviennent de la vibration de particules chargées et peuvent se propager sans support. Le spectre électromagnétique décrit la vaste gamme de fréquences, depuis les ondes radio de fréquence la plus basse jusqu’aux rayons gamma de fréquence la plus élevée. Maintenant que nous avons une idée du fonctionnement du spectre EM, nous devons examiner de plus près chaque région distincte. Commençons par les ondes radio et remontons le spectre.

Radio, micro-ondes et infrarouge

Les ondes de fréquence les plus basses de notre spectre EM sont les ondes radio. Ce sont les ondes que les chaînes de télévision et de radio utilisent pour transmettre des données. En excitant les électrons d’une antenne conductrice, ces stations créent des ondes radio pouvant être reçues par d’autres appareils. Les données sont créées en modulant les paramètres des oscillations ; par exemple, en modifiant l’amplitude et la longueur d’onde. Les ondes radio ont les longueurs d’onde les plus longues, allant d’environ un millimètre à des centaines de mètres.

Après les ondes radio, viennent les micro-ondes. Ce sont bien entendu les ondes utilisées pour réchauffer vos aliments dans un four à micro-ondes. Pour ce faire, ils font tourner les molécules à l’intérieur de vos aliments, ce qui augmente leur énergie thermique. Contrairement aux fours ordinaires, les fours à micro-ondes ne transfèrent pas réellement la chaleur à vos aliments. Ils chauffent directement les aliments en excitant les molécules. Les micro-ondes sont également utilisées dans la technologie Wi-Fi, mais uniquement à faible intensité.

Le rayonnement infrarouge est la prochaine région du spectre électromagnétique. Nous l’appelons infrarouge parce qu’il se situe juste « en dessous » de la partie rouge du spectre visible. Cela s’étend de fréquences d’environ 300 gigahertz à environ 400 térahertz. Cela équivaut à une gamme de longueurs d’onde allant d’un millimètre à 750 nanomètres. Le rayonnement infrarouge est émis par des objets chauds ou chauds, notamment les animaux et les personnes. Nous ne pouvons voir le rayonnement dans la gamme infrarouge qu’en utilisant une technologie spéciale.


Le rayonnement infrarouge n’est visible qu’avec un équipement technique.
Infrarouge vu avec la technologie

Nous utilisons souvent la photographie infrarouge pour capturer des images thermiques dans l’obscurité. Certains animaux peuvent voir dans le domaine infrarouge, ce qui leur permet de localiser avec précision leurs proies. Par exemple, un serpent peut utiliser la vision infrarouge pour localiser une souris chaude cachée dans un champ herbeux. Les moustiques peuvent littéralement voir les parties chaudes de votre peau. Cela les aide à choisir les meilleurs endroits pour sucer votre sang !

Chevauchement de la lumière visible et des régions

La région des ondes lumineuses visibles est assez petite par rapport à la plupart des autres régions. Cette partie du spectre est définie comme la gamme de fréquences lumineuses à laquelle l’œil humain est le plus sensible. La lumière visible s’étend d’environ 760 à 380 nanomètres. Du côté des basses fréquences, nous percevons la lumière comme rouge. Le spectre complet des couleurs visibles s’étend sur cette gamme jusqu’à ce que nous arrivions à l’autre extrémité, que nous voyons comme le violet. Nous parlerons davantage des couleurs de la lumière dans une autre leçon, nous ne nous soucierons donc pas des paramètres exacts pour le moment.

C’est probablement le bon moment pour souligner que les régions du spectre EM se chevauchent un peu. Par exemple, certaines des ondes infrarouges basse fréquence peuvent également être considérées comme des micro-ondes, tandis que certaines des ondes infrarouges plus élevées chevauchent la plage de la lumière visible. Tout comme les couleurs vert et bleu se mélangent sur le spectre de la lumière visible, les plages de chaque type d’onde se mélangent sur le spectre électromagnétique.


Les gaz présents dans l’atmosphère terrestre absorbent les rayons UV les plus nocifs.
Ondes UV absorbées par l'atmosphère

Les scientifiques classent généralement les ondes en fonction de la manière dont leur rayonnement affecte la matière. Par exemple, les micro-ondes font tourner les molécules, tandis que le rayonnement infrarouge fait vibrer les molécules. Dans le chevauchement entre les micro-ondes et l’infrarouge, vous pourriez voir les propriétés des deux. Mais ne nous inquiétons pas pour le moment des effets moléculaires des ondes EM. Nous devons d’abord nous assurer de connaître le reste du spectre EM.

Ultraviolets, rayons X et rayons gamma

Après la gamme de lumière visible vient la lumière ultraviolette. L’ultraviolet est également appelé rayonnement UV. Vous connaissez probablement mieux les rayons UV en tant que source de coups de soleil et d’autres dommages cutanés résultant de l’exposition au soleil. La plupart des rayons UV nocifs du soleil sont absorbés par les gaz présents dans l’atmosphère terrestre. Mais le rayonnement UV qui passe à travers peut pénétrer dans les cellules de notre peau et briser les liaisons chimiques de l’ADN. Les dommages causés à l’ADN entraînent souvent des mutations pouvant entraîner de graves problèmes comme le cancer de la peau.

Les rayons X viennent après les rayons UV. Les rayons X sont vraiment intéressants car ils peuvent traverser des substances d’une manière qui nous permet de les utiliser pour l’imagerie diagnostique. Si vous avez déjà subi une radiographie chez le médecin, vous savez à quoi cela ressemble. Les films radiographiques que les médecins examinent sont en réalité appelés radiographies. Nous ne pouvons pas voir les rayons X avec nos yeux, mais nous pouvons les utiliser pour créer des images de l’intérieur des structures. Les rayons X traversent assez facilement les tissus mous, mais pas aussi bien les os. En observant comment les rayons X traversent les différents tissus de votre corps, votre médecin peut avoir une idée de ce qui se passe à l’intérieur et, espérons-le, vous faire savoir si vous avez un os cassé.


Bien que nocifs, les rayons gamma peuvent être contenus et utilisés à des fins médicales.
Radiothérapie aux rayons gamma

La dernière région du spectre électromagnétique est celle des rayons gamma. Les ondes qui vivent dans la section des rayons gamma ont les fréquences les plus élevées et les longueurs d’onde les plus petites de toutes les ondes EM. En fait, il n’y a pas de limite inférieure à la longueur d’onde d’un rayon gamma. Certains ont des longueurs d’onde plus petites qu’un atome ! Les rayons gamma sont émis naturellement par des objets en cours de désintégration radioactive. Étant donné que les rayons gamma endommagent les cellules et l’ADN, les scientifiques doivent être très prudents quant à leur production. Mais nous utilisons les rayons gamma pour stériliser les aliments et le matériel médical en utilisant un processus appelé « irradiation ». Nous utilisons également les rayons gamma pour réaliser des TEP à des fins d’imagerie diagnostique et de radiothérapie dans le traitement du cancer.

Résumé de la leçon

Les rayons gamma, la lumière visible et les ondes radio sont toutes des formes d’ondes électromagnétiques. Le spectre électromagnétique commence par les ondes radio de fréquence la plus basse, puis monte en fréquence et descend en longueur d’onde. Après les ondes radio, viennent les micro-ondes, suivis du rayonnement infrarouge et de la lumière visible. La gamme de lumière visible se situe en plein milieu du spectre EM.

En allant vers l’extrémité opposée, nous avons les ondes ultraviolettes et les rayons X, et nous terminons par les rayons gamma de fréquence la plus élevée. Bien que les scientifiques divisent le spectre en groupes que nous avons décrits, gardez à l’esprit que les groupes se chevauchent, de sorte que toutes les régions du spectre se mélangent à leurs frontières.

Résultats d’apprentissage

Après avoir regardé cette leçon, vous devriez être capable de :

  • Énumérez les sept régions d’ondes du spectre électromagnétique, de la fréquence la plus basse à la plus élevée.
  • Décrire les propriétés de chaque type d’onde


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