Menu

Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Rayonnement électromagnétique

Rayonnement électromagnétique

En physique, le rayonnement électromagnétique (ou rayonnement gamma γ) est le rayonnement d'énergie dans le champ électromagnétique. C'est un phénomène à la fois ondulatoire et corpusculaire:

  • Le phénomène d'onde dans le rayonnement électromagnétique est donné par une onde dans le champ électrique et dans le champ magnétique. Mathématiquement, il est écrit comme une solution de l'équation d'onde, obtenue à son tour à partir des équations de Maxwell selon la théorie de l'électrodynamique classique.
  • D'un point de vue corpusculaire ou quantifié, il peut plutôt être décrit comme un flux de photons qui, dans le vide, se déplacent à la vitesse de la lumière. Ce fait a été révélé par les études modernes de physique au début du XXe siècle, qui reconnaissaient dans le photon le médiateur associé à l'interaction électromagnétique, selon le modèle standard.

Le rayonnement électromagnétique peut se propager dans le vide, comme l'espace interplanétaire, dans des environnements moins denses, comme l'atmosphère, ou dans des structures de guidage, comme les guides d'ondes.

Quelle est la relation entre le rayonnement électromagnétique et la radioactivité?

Le rayonnement gamma est un type de rayonnement électromagnétique à très haute fréquence. Généralement, le rayonnement gamma est produit par des éléments radioactifs ou des processus subatomiques tels que l'annihilation d'une paire positron-électron. Ce type de rayonnement électromagnétique est également produit dans des phénomènes astrophysiques de grande violence, comme certaines explosions qui ont été observées dans la Voie lactée.

En raison des hautes énergies qu'ils possèdent, les rayons gamma constituent un type de rayonnement ionisant capable de pénétrer profondément dans la matière. Compte tenu de leur énergie élevée, ils peuvent endommager gravement le noyau des cellules. Mais, correctement contrôlés, ils sont utilisés dans la stérilisation des aliments et du matériel médical.

Caractéristiques du rayonnement électromagnétique

Les principales caractéristiques du rayonnement électromagnétique sont considérées comme la fréquence, la longueur d'onde et la polarisation.

La longueur d'onde est directement liée à la fréquence à travers la vitesse de propagation (groupe) du rayonnement. La vitesse de propagation de groupe du rayonnement électromagnétique dans le vide est égale à la vitesse de la lumière, dans d'autres environnements cette vitesse est plus faible. La vitesse de phase du rayonnement électromagnétique dans le vide est également égale à la vitesse de la lumière; dans divers médias, elle peut être inférieure ou supérieure à la vitesse de la lumière.

La description des propriétés et des paramètres du rayonnement électromagnétique est généralement traitée par l'électrodynamique, bien que certaines sections plus spécialisées de la physique soient impliquées dans les propriétés de rayonnement des régions individuelles du spectre (en partie, cela s'est produit historiquement, en partie en raison de détails importants, notamment en ce qui concerne l'interaction du rayonnement de différentes gammes avec la matière, et en partie aussi les détails des problèmes appliqués) Ces sections plus spécialisées comprennent l'optique (et leurs sections) et la radiophysique.

La physique des hautes énergies traite du rayonnement électromagnétique dur de l'extrémité des ondes courtes du spectre; selon les concepts modernes, aux hautes énergies, l'électrodynamique cesse d'être indépendante, se combinant dans une théorie avec des interactions faibles puis, à des énergies encore plus élevées, comme prévu, avec tous les autres champs de mesure.

Il existe des théories qui diffèrent dans les détails et les degrés de généralité, ce qui permet de modéliser et d'étudier les propriétés et les manifestations du rayonnement électromagnétique. La plus fondamentale des théories complètes et vérifiées de ce type est l'électrodynamique quantique, à partir de laquelle, grâce à diverses simplifications, il est possible en principe d'obtenir toutes les théories énumérées ci-dessous, qui sont largement utilisées dans leurs domaines. Pour décrire le rayonnement électromagnétique de fréquence relativement basse dans la région macroscopique, en règle générale, l'électrodynamique classique basée sur les équations de Maxwell est utilisée, et il y a des simplifications dans les applications appliquées. Pour le rayonnement optique (jusqu'à la gamme des rayons X), des optiques sont utilisées (en particulier, l'onde optique, lorsque les dimensions de certaines parties du système optique sont proches des longueurs d'onde; l'optique quantique, lorsque les processus d'absorption, d'émission et de dispersion des photons sont importants; L'optique géométrique est le cas limite de l'optique d'onde, lorsque la longueur d'onde de rayonnement peut être négligée.)

Le rayonnement gamma fait souvent l'objet de physique nucléaire, à partir d'autres positions, médicales et biologiques, nous étudions l'effet du rayonnement électromagnétique sur la radiologie. Il existe également un certain nombre de domaines, fondamentaux et appliqués, tels que l'astrophysique, la photochimie, la biologie de la photosynthèse et la perception visuelle, une série de domaines d'analyse spectrale pour lesquels le rayonnement électromagnétique (le plus souvent d'une certaine plage) ) et leur interaction avec la matière jouent un rôle clé. Tous ces domaines bordent et se croisent même avec les sections de physique décrites ci-dessus.

Quelques caractéristiques des ondes électromagnétiques du point de vue de la théorie des oscillations et des concepts électrodynamiques:

  • la présence de trois vecteurs mutuellement perpendiculaires (vides): vecteur d'onde, vecteur de champ électrique E et vecteur de champ magnétique d'intensité H.
  • Les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales dans lesquelles les vecteurs de force du champ électrique et magnétique oscillent perpendiculairement à la direction de propagation des ondes, mais diffèrent considérablement des ondes d'eau et du son dans lequel elles peuvent être transmises d'une source à un récepteur. , même à travers le vide.

Effets biologiques du rayonnement électromagnétique

Les effets du rayonnement électromagnétique sur les êtres vivants dépendent principalement de deux facteurs principaux: la fréquence du rayonnement et le type d'exposition au rayonnement (intensité du rayonnement, durée de l'exposition, partie du corps exposée, etc.) qui déterminera la dose absorbée. La quantité de rayonnement absorbée est mesurée en gris, un gris correspondrait à l'absorption d'un joule d'énergie rayonnée par un kilogramme de matière. Une autre unité de mesure utilisée dans le domaine de l'énergie nucléaire est le sievert.

En ce qui concerne la fréquence des rayonnements, elle fait généralement la différence entre les rayonnements ionisants et non ionisants.

Rayonnement ionisant

Les rayonnements ionisants sont ceux qui ont une fréquence suffisamment grande pour ioniser les atomes ou les molécules des substances exposées. Ce type de rayonnement est capable de modifier la structure chimique des substances sur lesquelles ils affectent et peut produire des effets biologiques à long terme sur les êtres vivants. Un exemple de cette altération serait la modification de l'ADN des cellules pouvant conduire au cancer. Les rayons X et le rayonnement gamma seraient deux exemples de rayonnement électromagnétique hautement ionisant.

Rayonnement non ionisant

Les rayonnements non ionisants sont ceux qui n'ont pas une fréquence suffisante pour provoquer l'ionisation des matériaux exposés. Comme exemple de rayonnement non ionisant, on peut citer les micro-ondes ou les ondes radio. Ce type de rayonnement n'a pas suffisamment d'énergie pour provoquer directement des mutations de l'ADN et, par conséquent, ne peut probablement pas initier la cancérogenèse mais pourrait être des promoteurs. Aujourd'hui, on parle de pollution électromagnétique pour faire référence à l'exposition d'êtres vivants ou d'appareils à un champ électromagnétique et les effets de cette exposition sur la santé ou la fertilité sont discutés.

Du point de vue de leurs effets sur la santé, les rayonnements non ionisants peuvent être classés en trois grands groupes:

  • Champs électromagnétiques basse fréquence (ELF): plage de 3 à 30 000 Hz).
  • Champs radiofréquences et hyperfréquences: plage de 30 kHz à 300 GHz.
  • Rayonnement optique: de la lumière infrarouge à la lumière ultraviolette.

Seuls les effets biologiques des deux premiers groupes seront discutés ici, puisque les effets biologiques du dernier groupe sont développés dans les articles correspondants (effets biologiques de la lumière infrarouge et effets biologiques de la lumière ultraviolette).

Dans les effets sur la santé de l'exposition aux champs électromagnétiques à basse fréquence, une distinction doit être faite entre les champs électriques et magnétiques. Aucun effet sur la santé n'a été décrit comme étant exposé à des champs électriques de cette fréquence et, en outre, la pénétrabilité est faible et, par exemple, ils ne peuvent pas traverser les murs. Quant aux effets des champs magnétiques non statiques, leurs effets sur la santé sont controversés. D'une part, les épidémiologistes s'entendent pour dire que les enfants exposés à des champs magnétiques non statiques ont un risque plus élevé de développer une leucémie, mais, d'autre part, il n'existe aucun mécanisme largement accepté qui explique comment ces champs peuvent induire ou promouvoir le cancer. La source d'exposition la plus importante est la production, le transport, la distribution,

En 2002, le Centre international de recherche sur le cancer a publié l'évaluation des champs électromagnétiques à basse fréquence comme cancérogènes possibles. Ses conclusions étaient les suivantes:

  • Les champs magnétiques de fréquence extrêmement basse sont des cancérogènes possibles chez l'homme (groupe 2B).
  • Les champs électriques à très basse fréquence ne peuvent pas être considérés comme cancérigènes chez l'homme (Groupe 3).
  • Les champs magnétiques et électriques statiques ne peuvent pas non plus être considérés comme cancérigènes chez l'homme (groupe 3).
  • Les premiers ont été classés comme cancérogènes possibles en raison de soupçons fondés qui sont associés à une augmentation possible du risque de leucémie infantile.

En ce qui concerne les champs électromagnétiques radiofréquences et micro-ondes (30 kHz - 300 GHz), la source d'exposition la plus fréquente pour la population générale est les téléphones mobiles et leurs tours de distribution. Ses effets sur la santé peuvent être de deux types:

  • Thermique: élévation de la température centrale du corps.
  • Athermique: fondamentalement, le cancer. C'est un effet controversé.

À l'instar des champs magnétiques à très basse fréquence, il existe des preuves d'études épidémiologiques qui indiquent une augmentation modérée du risque de cancer chez les sujets qui utilisent un téléphone mobile depuis plus de 10 ans (mais faiblement soutenu par des expérimentations animales à long terme). recherche in vitro), mais les preuves ne sont pas encore suffisamment solides pour convaincre la communauté scientifique et les autorités qu'une action immédiate doit être prise.

En 2011, le Centre international de recherche sur le cancer a réuni les meilleurs experts mondiaux en la matière pour évaluer l'effet cancérogène possible des rayonnements radiofréquences et micro-ondes (30 kHz - 300 GHz). Selon les conclusions du groupe d'experts, le Centre a classé ce type de rayonnement également dans le groupe 2B (cancérogènes possibles chez l'homme). On ne prétend pas que l'exposition est cancérigène, mais il n'est pas exclu qu'elle le soit.

Applications du rayonnement électromagnétique

En plus d'avoir une certaine relation avec l'énergie nucléaire et la radioactivité, le rayonnement électromagnétique a d'autres applications technologiques.

En général, deux macro-familles d'applications peuvent être distinguées: dans la première, il y a les ondes électromagnétiques utilisées pour transporter des informations (communications radio telles que radio, télévision, téléphones portables, satellites artificiels, radars, radiographies), dans la seconde celles pour transporter l'énergie , comme le micro-ondes.

Auteur :

Date de publication : 29 août 2019
Dernier examen : 29 août 2019