GEO6333

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TP1 : BASES DE PHYSIQUE
1. Comment explique-t-on la nature du REM?
PROPRIÉTÉS DES ONDES
2. Nommer cinq grandeurs physiques décrivant le REM monochromatique
3. L’équation d’une onde ÉM (champ électrique) dans le vide est donnée par la relation :
E= 5 cos (1.5 x 108 t – 0.5 z)
Trouver : a) son amplitude; b) sa longueur d’onde; c) sa fréquence; d) son angle de phase et e) sa
représentation complexe.
4. De quelle propriété du rayonnement ÉM dépend l’énergie transportée par un photon?
5. Compléter le tableau suivant
Zone spectrale
Longueur d’onde (λ)
Fréquence (υ)
Énergie d’un photon
19 GHz
22 GHz
37 GHz
85 GHz
3 cm
5 cm
20 cm
50 cm
10 μm
2.1 μm
0.9 μm
6. Un radar (considérer comme une source ponctuelle) émet un train d’ondes vers une cible qui se trouve
à une distance de 2 km et mesure l’énergie réfléchie. Quelle est la diminution de la puissance reçue en
fonction de la distance entre la cible et l’antenne?
7. Une fusée approche de la terre a une vitesse de 0.2 c (c étant la vitesse de la lumière dans le vide); elle
émet une lumière verte d'une longueur d'onde de 0.5 m. Quelle est la longueur d'onde observée sur
la terre? Quelle est la couleur correspondante? [bleue]
8. Un radiomètre hyperfréquence peut être utilisé pour mesurer le vent de surface. On observe dans une
fréquence où l’on connaît qu’un gaz atmosphérique absorbe le rayonnement émis par la surface. À
titre d’exemple l’oxygène présente un pic d’absorption à 60 GHz. Comme le vent cause le déplacement
des molécules des gaz ce pic d’absorption ne se situe plus à 60 GHz mais à une fréquence légèrement
décalée dit au mouvement relatif entre le radiomètre et l’air. Dans un cas on a observé un décalage de
200 Hz par rapport à la fréquence d’émission de 60GHz. Quelle serait la vitesse de vent [1 m/s].
9. La série d’étoiles de gauche et celle de droite ont été prises par deux télescopes avec un diamètre de
leur système optique différent. Quel est le télescope avec le plus grand diamètre. Quel est le critère
utilisé pour caractériser le pouvoir résolvant d’un capteur optique dit limité par la diffraction.
10.Est-ce que le même critère qu’au point 9 s’applique aussi dans le domaine électrique du spectre?
11.Un radiomètre hyperfréquences, utilisé pour mesurer le rayonnement émis par les objets dans les
micro-ondes, porte une antenne circulaire de diamètre de 2 m et il opère à partir d’un satellite à une
altitude de 800 km. Sa fréquence d’opération est de 60 GHz et il vise au nadir. Quelle est le diamètre
de la surface élémentaire au sol d’où provient le rayonnement capté? [2 km]
12.L’interférence est la base de l’interférométrie radar utilisée, entre autres, pour définir l’élevation du
terrain. Pour ce faire on mesure la phase des ondes radar reçues du même point sur la surface par
deux antennes écartées d’une certaine distance. La différence de phase due à la différence de la
longueur de parcours des ondes est à la base du calcul des élévations. Deux modes d’émissionréception des ondes sont utlisés. Dans le mode standard une seule antenne émet une onde et les deux
servent à la récéption des ondes réfléchies par le même point. Dans le deuxième mode, dit ping-pong,
chacune des antennes émet et reçoit des ondes. On sait qu’un cycle accompli par une onde correspond
à un angle de phase de 2 et pendant ce temps l’onde a parcouru une distance égale à la longueur
d’onde  Prouvez alors que dans le premier mode la différence des phases mesurées par les deux
antennes est égale à :
∆𝜑 =
2𝜋
(𝑑 − 𝑑2 )
𝜆 1
∆𝜑 =
4𝜋
(𝑑 − 𝑑2 )
𝜆 1
tandis que le mode ping-pong
où di représente la distance entre l’antenne et la surface
MESURES/PHÉNOMÈNES D’INTERACTION AVEC LA MATIÈRE/SOURCES
13. Calculer l'éclairement moyen solaire atteignant la surface de la terre. Le flux de l’énergie solaire est
évalué à 3.8xl026 W et la distance moyenne Terre-Soleil est de 1.5x1011 m.
14.Une ampoule électrique émet une lumière blanche. Pouvez-vous décrire les phénomènes qui donnent
naissance à ce type d’émission?
15.Calculer la longueur d'onde correspondant au maximum du rayonnement émis par a) un objet à 0 C b)
une poêle chaude à 300 C; c) un feu de forêt à 600 c; et d) le filament en tungstène d'une lampe à 3000
C, si chacun suit le comportement d'un corps noir.
16.On excite les molécules de chlorophylle en se servant d’un laser à 300 nm. A) Quelle est l’énergie d’un
photon absorbé par un atome [6.63 x 10-19J] B) S’il y a un seul saut du niveau excité à un niveau
intérmediaire avant l’émission d’un photon, et que ce saut représente les 40% de l’énergie du photon
absorbé, quelle serait la longueur d’onde d’émission par fluorescence. [0.75 m]
17.Un transmetteur radar a une antenne d'un diamètre de 0,57 m; sa puissance rayonnée est de 10 W à
une fréquence de 10 GHz. II est situé sur la surface de la terre et vise la lune. Le rayon de la lune est de
1.74x103 km et la distance terre-lune est de 3.84x 105 km. a) Quelle la densité de puissance arrivant à
la surface de la lune? b) Quelle est la puissance interceptée par la lune? Supposez que la largeur du
faisceau de l'antenne peut être estimée par le rapport de la longueur d'onde sur la largeur de
l'ouverture de l'antenne (critère de Rayleigh).
Constante de Planck = 6.63 x 10 -34 J s = 4.14 x 10 -15 eV s
18.Qu’est-ce qu’une fenêtre atmosphérique? Nommez-en celles disponibles pour la télédétection de la
surface terrestre. Dans l’infrarouge il y a certaines fenêtres atmosphériques qui ne sont que peu utilisées
en télédétection. Avez-vous une explication pour ça? Nommez la propriété intrinsèque de la matière
qui joue le plus grand rôle à la modulation du signal capté à distance par fenêtre atmosphérique?
19.Quelle est la différence entre réflexion, diffusion et réfraction du RÉM?
20.Quelle est la différence entre énergie rayonnée et flux rayonnée?
21.Quelle est la différence entre puissance rayonnée et flux rayonnée?
22.Quelle est la différence entre éclairement et luminance?
23.Quelle est la différence entre émittance et luminance?
24.Quelle est la différence entre puissance et flux?