Glossaire

énergie de rayonnement

  Curieux  

Un rayonnement, qu'il soit considéré comme composé d'ondes ou de particules, transporte depuis la source où il est émis de l'énergie sous des formes diverses : ainsi, des particules élémentaires comme les neutrons sont porteuses d'une certaine énergie cinétique qui est d'autant plus forte que leur vitesse d'émission est plus importante, tandis qu'un rayonnement acoustique propage de l'énergie vibratoire, qui fait s'écarter puis se rapprocher alternativement autour de leur position d'équilibre les parcelles de fluide traversées par l'onde sonore. Parmi les types d'énergie pouvant ainsi être associés au parcours d'un rayonnement dans un milieu contigu à sa source d'émission, il en est un dont la transmission est effectuée spécifiquement grâce à des rayonnements électromagnétiques tels que la lumière (visible, infrarouge ou ultraviolette), ou les ondes radioélectriques, ou les rayons X, etc. ; c'est, sauf mention contraire, à ce type d'énergie que l'on réserve le nom d'énergie de rayonnement ou d'énergie radiante.

Celle-ci peut être considérée comme transportée aussi bien sous forme d'ondes que sous forme de particules ; en particulier, le rayonnement solaire d'une part, les rayonnements terrestre et atmosphérique d'autre part, accomplissent des échanges d'énergie entre l'espace et le système Terre-atmosphère grâce à des processus dont certains décrivent le transport d'énergie lumineuse et sont représentables uniquement sous forme d'ondes — la réflexion, la réfraction, la diffraction, la diffusion — alors que d'autres exigent de recourir à une représentation sous forme de particules — l'émission et l'absorption. Quant à l'interprétation de phénomènes optiques comme les arcs-en-ciel, les couronnes, certains halos, ou comme les différences de couleurs pouvant apparaître lors de réfractions, de diffractions, de diffusions, elle participe de l'approche "ondulatoire" ; cependant, l'approche "particulaire" n'y est pas absente, puisque l'ordre des couleurs dans la décomposition spectrale de la lumière est expliquée complètement à travers la relation entre fréquence du rayonnement et énergie transportée, cette dernière allant croissant du rouge au violet.


  Initié  

Ondes ou particules ?

La propagation d'un rayonnement électromagnétique dans un milieu donné résulte du couplage de deux perturbations ondulatoires affectant ce milieu : l'une est de nature électrique, l'autre de nature magnétique, et les deux sont liées quantitativement par un ensemble de relations physiques appelées les équations de Maxwell, d'après le nom du physicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879) ; ces deux perturbations transversales progressent dans deux plans orthogonaux l'un à l'autre, et elles transportent suivant la direction de l'axe d'intersection de ces plans une énergie d'autant plus importante que leur fréquence commune ν atteint, toutes choses égales d'ailleurs, une valeur plus élevée. En fait, bien que la représentation de ce transport d'énergie fasse appel à un phénomène se propageant de façon continue dans l'espace — à savoir, des ondes — , on ne peut expliquer certains phénomènes physiques autrement qu'en émettant une hypothèse suivant laquelle cette énergie est transportée aussi bien de façon discontinue par des particules immatérielles appelées photons, dont chacune véhicule un quantum d'énergie E proportionnel à cette même fréquence : plus précisément, on a E = h ν , où la "constante de Planck" h (du nom du physicien allemand Max Planck) vaut 6,625.10 - 34 J.s.

Par ailleurs, tous les rayonnements électromagnétiques ont dans le vide une même vitesse de propagation, la vitesse de la lumière , notée par le symbole c ; sa valeur, indépendante du référentiel où elle est mesurée, est égale à 299 792 458 m.s - 1, chiffre que l'on arrondit communément à 300 000 km/s. Un rayonnement monochromatique, associé à une couleur unique du spectre du prisme, est alors défini univoquement par sa fréquence ν, et la longueur d'onde λ de ce rayonnement dans le vide est donnée par la formule λ = c / ν : ainsi, dans le vide, l'énergie transportée par un rayonnement lumineux de couleur donnée (ou, plus généralement, par un rayonnement électromagnétique de fréquence donnée) varie en raison inverse de la longueur d'onde de ce rayonnement. Dans un milieu autre que le vide, la vitesse de propagation c' d'un rayonnement électromagnétique de fréquence ν donnée est inférieure à c et varie proportionnellement à la longueur d'onde λ' du rayonnement, puisque c' / λ' = c / λ = ν : le rapport c / c' (ou λ / λ' ), toujours supérieur à 1, est l' indice de réfraction du milieu de propagation par rapport au vide pour le rayonnement considéré ; quelle que soit la fréquence de celui-ci, l'indice de réfraction de l'air par rapport au vide est toujours très voisin de l'unité.