III.3 La théorie électromagnétique de nos jours
D
e nos jour, cette théorie est évidemment toujours valable, quoique concurrencée par la théorie des
quanta de Max Planck développée au début du 20ème siècle. La nature de la lumière est à la fois onde
et à la fois particule, en fin de compte, Newton et Huygens avaient tous les deux raison… Dans notre
exposé, seule la théorie de l'optique ondulatoire nous intéresse, nous ne divergerons pas dans un contexte
de physique quantique, nous resterons sur le model classique amplement suffisant. Nous allons
effectuer la synthèse de tout ce qui est connu sur l’onde électromagnétique.
III.3.1 C
aractéristiques de l’onde électromagnétique
Une onde électromagnétique est une propagation du champ électrique et magnétique et est caractérisée par :
a FRÉQUENCE, c'est le nombre d'oscillations du champ électromagnétique par seconde, (elle est mesurée en Hertz)
a LONGUEUR D'ONDE, c'est, en admettant que le champ électromagnétique se propage à la vitesse de la lumière,
la distance entre deux maximas de champ électromagnétique.
O
n établit entre ces deux valeurs la relation suivante :
Où c représente la vitesse de la lumière, 300 000 Km/s, la lettre grecque "lambda" la longueur d'onde en
mètre, et la lettre grecque "nu" la fréquence en Hertz.
I
ci, est représenté le spectre électromagnétique, c'est-à-dire toutes les ondes électromagnétiques selon leur
longueur d’onde. On remarque bien que le spectre visible c'est-à-dire la lumière est dérisoir par rapport à
ses homologues (rayon gamma, X, U.V, I.R, micro-ondes, onde radio (hertziennes)). Notre œil peut seulement percevoir
les ondes de longueur d’onde située entre 400 et 700 nm. Pour en revenir à la lumière, lorsque celle-ci possède
une seule longueur d’onde par exemple 0,57 micromètre on dit que la lumière est monochromatique et ici elle sera
jaune. Maintenant, lorsque l’on observe la lumière émise par le soleil, celle-ci est "blanche" c'est-à-dire
qu’elle est formée de toutes les couleurs et donc de tout le spectre visible on dit qu’elle est polychromatique.
M
aintenant grâce à ces découvertes, l’expérience de Newton avec le prisme est complètement mise à jour et expliquée,
c’est le phénomène de dispersion totalement lié bien sur à la réfraction de la lumière.
I
ci, le faisceau de lumière blanche est décomposé par le prisme parce que justement, les différentes radiations
lumineuses données par le spectre électromagnétique fait varier l’indice de réfraction sachant que les longueurs
d’onde dans le milieu (verre, eau…) varient elles aussi. Ce phénomène est à l’origine des arc en ciel. Ce sont
les gouttes d’eau qui jouent le rôle de prisme. En revanche pour un faisceau monochromatique, comme celui-ci, qui possède
une seule radiation, il ne sera pas décomposé en plusieurs couleurs.
III.3.2 U
tilisation des ondes électromagnétiques
L
es ondes électromagnétiques ont comme particularité de se propager n’importe où à une vitesse très rapide et
d’effectuer un transport d’énergie et par conséquent elle peuvent transporter des informations.
P
armis toute la gamme des ondes électromagnétiques, les ondes radio (ondes hertziennes) sont avec les ondes du
spectre visible, les seules à ne pas être arrêtées par l'atmosphère. On sait fabriquer des récepteurs sensibles
aux ondes radio, celles qui nous sont envoyées par le soleil mais aussi celles que l'on fabrique avec des antennes
et qu'on utilise pour communiquer entre-nous. Dans l’échelle des utilisations indiquée, le four à micro-onde est lui
aussi un objet à utilisation domestique qui utilise les ondes électromagnétiques, les micro-ondes, il se pourrait
bien qu’il nous soit utile pour effectuer une petite expérience !
III.3.3 D
étermination finale de la vitesse des ondes électromagnétiques et donc de la lumière
P
endant tout le 20ème siècle les mesures de la vitesse de la lumière se sont multipliées, la précision joue un rôle
extraordinaire. Maintenant que l’on sait que la lumière fait partie de la famille des ondes électromagnétiques se
déplaçant toutes à la même vitesse, les physiciens approfondissent les expériences. Ainsi, en 1946, Louis Essen
et Albert Gordon-Smith utilisèrent une cavité résonante avec micro-ondes pour obtenir une valeur de 299 792 km/s
(± 3 km/s). En 1958, Keith Davy Froome utilisa un interféromètre radio pour obtenir une valeur de 299 792,5 km/s
(± 0,1 km/s). Enfin, en 1973, Kenneth M. Evenson et son équipe obtinrent une valeur de 299 792,4587 km/s
(± 0,0011 km/s)
I
ci, on voit bien, sur le graphique, la nette amélioration depuis la preuve de la théorie électromagnétique par Hertz
en 1885. La précision s’est considérablement accrue.
A
insi, c’est lors de la 17ème conférence générale des poids et des mesures en 1984 que la vitesse de la lumière
devient et restera à jamais une constante fondamentale de valeur :