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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 vague et corpusculaire:

Le phénomène d'onde est donné par une onde dans le champ électrique et dans le champ magnétique et est décrit mathématiquement 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.

La nature corpusculaire, ou quantifiée, peut plutôt être décrite 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 du début du XXe siècle, qui reconnaissaient dans le photon le médiateur associé aux interactions électromagnétiques, conformément au modèle standard.

Le rayonnement électromagnétique peut se propager dans le vide, tel qu'un espace interplanétaire, dans des environnements moins denses, tels que l'atmosphère, ou dans des structures de guidage, telles que des guides d'ondes. Les applications technologiques qui exploitent le rayonnement électromagnétique sont variées. En général, on distingue deux grandes familles d'applications: la première comprend les ondes électromagnétiques utilisées pour transporter des informations (radiocommunications, telles que la radio, la télévision, les téléphones portables, les satellites artificiels, les radars, les radiographies), la seconde pour le transport d'énergie. , comme le micro-ondes.

Caractéristiques du rayonnement électromagnétique

Les caractéristiques principales 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 par la vitesse de propagation (groupe) du rayonnement. La vitesse de propagation de groupe d'un rayonnement électromagnétique dans le vide est égale à la vitesse de la lumière, cette vitesse est inférieure dans les autres environnements. 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 électrodynamique, bien que certaines sections plus spécialisées de la physique soient impliquées dans les propriétés du rayonnement de régions individuelles du spectre (cela s'est en partie produit historiquement, en partie à cause de détails significatifs, en particulier en ce qui concerne l'interaction du rayonnement de différentes plages avec la matière, et en partie aussi le détail 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 du spectre des ondes courtes; selon les concepts modernes, l'électrodynamique cesse d'être indépendante aux hautes énergies, se combinant théoriquement avec des interactions faibles et ensuite, comme prévu, à des énergies encore plus élevées, avec tous les autres champs de mesure.

Il existe des théories qui diffèrent par 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 en principe possible 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, on utilise en règle générale l'électrodynamique classique basée sur les équations de Maxwell et des applications simplifiées. Pour le rayonnement optique (jusqu'à la plage des rayons X), l'optique (en particulier l'optique ondulatoire, 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 à onde, lorsque la longueur d'onde du rayonnement peut être négligée.)

Les rayonnements gamma font souvent l'objet de la physique nucléaire; à partir d'autres postes, médical et biologique, nous étudions l'effet des rayonnements électromagnétiques 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 un rayonnement électromagnétique (le plus souvent d'une certaine ) et leur interaction avec la matière jouent un rôle clé. Toutes ces zones sont voisines et même intersectées des 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 (vides) mutuellement perpendiculaires: 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 d'intensité de champ électrique et magnétique oscillent perpendiculairement à la direction de propagation des ondes, mais diffèrent de manière significative des ondes de l'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 d'exposition, partie du corps exposée, etc.). cela 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.

En ce qui concerne la fréquence du rayonnement, il fait généralement la différence entre les rayonnements ionisants et non ionisants.

Rayonnement ionisant

Les rayonnements ionisants sont ceux dont la fréquence est 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 elles agissent et peut avoir des effets biologiques à long terme sur les êtres vivants. Un exemple serait la modification de l'ADN des cellules. Ces mutations de l'ADN peuvent entraîner le 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 ondes micro-ondes ou radio. Ce type de rayonnement n'a pas assez d'énergie pour provoquer directement des mutations de l'ADN et, par conséquent, ne peut probablement pas initier la carcinogenèse, mais pourrait être un promoteur. On parle aujourd'hui de pollution électromagnétique pour faire référence à l'exposition d'êtres vivants ou d'appareils à un champ électromagnétique et on discute des effets de cette exposition sur la santé ou la fertilité.

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 de radiofréquence et hyperfréquences: plage de 30 kHz à 300 GHz.
  • Rayonnement optique: de la lumière infrarouge à la lumière ultraviolette.

Nous ne discuterons ici que des effets biologiques des deux premiers groupes, les effets biologiques du dernier groupe étant 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 à des champs électromagnétiques basse fréquence, il convient de distinguer les champs électriques et magnétiques. Aucun effet sur la santé n'a été décrit comme étant exposé à des champs électriques de cette fréquence. De plus, la pénétrabilité est faible et, par exemple, ils ne peuvent pas traverser les murs. En ce qui concerne les effets des champs magnétiques non statiques, leurs effets sur la santé sont controversés. Les épidémiologistes s'accordent à penser que les enfants exposés à des champs magnétiques non statiques présentent un risque plus élevé de développer une leucémie, mais, d'autre part, il n'existe pas de mécanisme largement accepté pour expliquer comment ces champs peuvent induire ou favoriser le cancer. La source d'exposition la plus importante est la génération, le transport, la distribution,

En 2002, le Centre international de recherche sur le cancer a publié l'évaluation des champs électromagnétiques à basse fréquence en tant que substances potentiellement cancérogènes. Ses conclusions étaient:

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

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

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

À l'instar des champs magnétiques à très basse fréquence, des études épidémiologiques suggèrent une augmentation modérée du risque de cancer chez les sujets qui utilisent un téléphone portable depuis plus de 10 ans (mais faiblement étayés par des expériences sur des animaux de longue durée et recherche in vitro), mais les preuves ne sont pas encore suffisamment solides pour convaincre la communauté scientifique et les autorités de la nécessité de prendre des mesures immédiates.

En 2011, le Centre international de recherche sur le cancer a réuni les principaux experts mondiaux sur le sujet pour évaluer les effets cancérogènes possibles des rayonnements RF et hyperfréquences (30 kHz - 300 GHz). Selon les conclusions du groupe d'experts, le Centre a également classé ce type de rayonnement dans le groupe 2B (cancérogènes potentiels chez l'homme). Il n'est pas affirmé que l'exposition soit cancérogène, mais elle n'est pas non plus exclue.

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Dernier examen: 29 août 2019