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Paces UE3 Biophysique Structure de la matière J Clerc D
Gambini 2013 P-copy
Biophysique UE3 (Université de Paris)
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Biophysique UE3 (Université de Paris)
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Faculté de Médecine
René Descartes Paris 5
UFR Biomédicale des Saints Pères
PACES
POLYCOPIE DE BIOPHYSIQUE
STRUCTURE DE LA MATIERE
RADIOACTIVITE
INTERACTIONS ENTRE LES RAYONNEMENTS
ET LA MATIERE
DOSIMETRIE, RADIOPROTECTION
Pr. Jérôme Clerc
Dr. Denis Gambini
2013
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NB : Ce texte est un document de travail destiné aux étudiants de PACES
de l'Université Paris 5 - René Descartes.
Il s'agit d'un document relativement complet construit sur le cours dispensé
en amphithéâtre mais dont le contenu peut parfois dépasser les
connaissances requises par les étudiants .
Seul le contenu pédagogique abordé lors des cours magistraux et des
enseignement dirigés aura valeur de référence officielle pour la correction
des épreuves de PAES.
Les documents diffusés en cours sont consultables sur le site de la Faculté.
Pr. Jérôme Clerc, PUPH - Biophysique et Médecine Nucléaire
Université René Descartes Paris V
Service de Médecine Nucléaire, Hôpital Cochin
Dr. Denis Gambini, MCUPH - Biophysique et Médecine
Nucléaire, Radioprotection, APHP.
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STRUCTURE DE LA MATIERE
RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES
DUALITE ONDE-CORPUSCULE
Il existe plusieurs façons de classer les rayonnements : on distingue les rayonnements
électromagnétiques et les rayonnements particulaires. Concernant les interactions des
rayonnements avec la matière il sera également utile de distinguer les rayonnements ionisants
des rayonnements non ionisants.
Les rayonnements électromagnétiques sont émis par la matière, essentiellement par les
vibrations des électrons atomiques la composant. Le terme de rayonnements provient du fait
que les ondes se propagent selon un rayon qui détermine la direction de propagation. L'étude
des rayonnements électromagnétiques utilise deux modèles complémentaires de représentation
qui répondent soit à un phénomène ondulatoire, on parle d'ondes électromagnétiques, soit à un
phénomène corpusculaire.
La théorie ondulatoire a été décrite par Maxwell en 1865 pour les ondes lumineuses puis de
façon plus générale pour les ondes engendrés par des dispositifs électriques.
On rappelle qu'une onde électromagnétique associe un champ électrique E et un champ
magnétique B oscillants, de même période qui lui est perpendiculaire en tous points. Ces deux
champs se propagent dans une direction perpendiculaire au plan défini par E et B (on parle
d'onde plane).
Dans le vide, la propagation est rectiligne et se fait à une vitesse constante quel que soit l'onde
considérée. Cette vitesse ou célérité de la lumière dans le vide vaut c = 3 108 m/s. La
propagation de l'onde électromagnétique s'accompagne d'une propagation d'énergie qui peut
prendre un grand nombre de valeurs. Lorsque l'onde traverse un milieu matériel sa vitesse de
propagation, v, diminue. On rappelle que l'indice de réfraction vaut c / v > 1.
Les principales caractéristiques des ondes électromagnétiques élémentaires sont rappelées
dans les schémas qui suivent :
Champ électrique E & champ magnétique B
E(x,t) = E0 cos v(t-x/c) ou E(x,t) = E0 cos (vt- k x) a
B(x,t) = B0 cos (vt- k x)
avec : k = vecteur d'onde de module k = v/ c et
EuB
c
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Le modèle ondulatoire de Maxwell a permis l'unification des théories électriques et
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Ondes EM : grandeurs caractéristiques
•Vitesse de propagation constante = vitesse de la lumière
c  300.000 km/s dans le vide
dans un milieu autre que le vide, la célérité de l'onde EM vaut cn = c / n , où n est
l'indice de réfraction
n = 1 dans le vide - n = 4/3 dans l'eau…
•Fréquence  = nombre d’oscillations par seconde (pour E et B), exprimée en Hz (s-1)
–ou en multiples kHz, MHz, GHz
•Longueur d’onde  = distance parcourue en 1 période, exprimée en m ( ou mm, m, nm…)
 = c.T = c / c 
B
u
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