a) Propagation d`une onde électromagnétique

Mme GRISARD
CHAPITRE : . . . . .
Classe : Tale S Spé
Physique C : Produire des
signaux, communiquer
Les ondes électromagnétiques
pour transmettre des informations
samedi 15 avril 2017
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Objectifs : Savoir que la lumière fait partie des ondes électromagnétiques et correspond à un domaine
restreint de fréquences. Savoir que pour une antenne émettrice, l’onde électromagnétique émise a la
même fréquence que celle du signal électrique qui lui est transmis. Savoir que dans une antenne
réceptrice, l’onde électromagnétique engendre un signal électrique de même fréquence.
Reconnaître différents paramètre de l’expression d’une tension sinusoïdale : amplitude, fréquence,
phase.
I. Transmission des informations
a) Exemples :
La transmission d’informations peut se faire sous différentes formes.
1) Information transmise à l’aide d’un support matériel :
Par exemple une lettre : l’information est écrite.
Par exemple un câble électrique : un signal électrique (téléphone, fils d’entrée de
l’oscilloscope, câble d’antenne télé)
2) Information transmise avec un support non matériel : dans ce cas, le support est une onde
Par exemple une onde sonore (parler),
Par exemple une onde électromagnétique (télécommande infrarouge) (ondes hertziennes,
ondes lumineuses).
Conclusion : Intérêt de l’utilisation d’une onde : Une onde permet le transport à grande
distance d’un signal contenant l’information, sans transport de matière mais avec
transport d’énergie.
b) Signaux multiples
La télévision par câble doit pouvoir apporter simultanément plusieurs signaux.
La ligne de téléphone entre deux centraux téléphoniques doit pouvoir transmettre
simultanément plusieurs conversations téléphoniques.
Si plusieurs personnes parlent à la fois, la transmission de l’information est brouillée. Si une
voix est plus aigue que les autres, le cerveau peut éventuellement la sélectionner parmi
d’autres. Si l’onde se propage le long d’un canal, on peut la séparer des autres.
Le « canal » peut être matériel (fil électrique ou fibre optique), ou non matériel (onde
appartenant à une bande de fréquences donnée dont la largeur doit être de l’ordre de grandeur
des fréquences sonores pour la radio, exemple : les radios FM, ondes de fréquence 100 MHz
environ).
Remarque : La transmission simultanée de plusieurs informations nécessite un « canal » affecté à
chacune d’elles.
II. Les ondes électromagnétiques
a) Propagation d’une onde électromagnétique
Une onde électromagnétique est constituée d’une perturbation électromagnétique (vibration
d’un champ électrique et d’un champ magnétique) qui se propage de proche en proche. Une
onde électromagnétique peut se propager dans le vide et dans de nombreux milieux matériels
(isolants électriques). Elle ne peut pas se propager dans un métal. En effet, un métal absorbe
cette onde.

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Quelques rappels : fréquence, période, célérité = c / f.
Définition : La période temporelle T (en secondes) est le temps au bout duquel la perturbation se
reproduit identique à elle-même en un point donné.
Définition : La fréquence f (en Hertz) d’une onde sinusoïdale est l’inverse de sa période. Elle
représente le nombre de fois que la perturbation se reproduit identique à elle-même en
un point donné et en une seconde.
T
1
f
Définition : La période spatiale ou longueur d’onde (en mètres) est la plus petite distance
séparant deux points du milieu de propagation qui vibrent en phase (c’est-à-dire en
même temps).
Définition : La célérité d’une onde est le rapport de la distance parcourue par la perturbation sur
la durée du trajet.
)s(durée
)m(cetandis
t
d
v)s.m(célérité 
1
Conclusion : La longueur d’onde (ou période spatiale)  d’une onde sinusoïdale est la distance
parcourue par cette onde en une période (ou période temporelle) T, à la célérité v :
 = v . T.
AE : Compléter l’échelle des ondes électromagnétiques (voir fiche d’activités).
Classement des ondes électromagnétiques selon la fréquence et la longueur d’onde dans le
vide (voir polycopié) : plus la fréquence de l’onde est élevée, plus elle peut se transmettre à
grande distance sans atténuation.
Les ondes électromagnétiques les plus utilisées pour transmettre un signal sont :
- les ondes hertziennes (3.104 Hz < f < 3.1011 Hz qui ne sont presque pas absorbées par les
obstacles solides  radio ; exemple : France Inter grandes ondes 164 kHz, FM 87,8 MHz,
les ondes FM permettent des informations avec une grande extension de fréquences avec
un écart de fréquence minimum de 0,4 MHz environ, communications par satellites pour
les téléphones portables),
- les ondes infrarouge (3.1011 Hz < f < 4.1014 Hz, qui sont absorbées par les obstacles mais
se propagent bien dans l’air  télécommandes, ou dans les fibres optiques à 1,5m, soit
2.1014 Hz  téléphone sous l’atlantique, et permettent de transmettre des signaux
évoluant très rapidement)
- et plus rarement les ondes visibles (4.1014 Hz < f < 8.1014 Hz qui se propagent dans des
fibres optiques et permettent de transmettre des signaux évoluant très rapidement).
b) Émission d’une onde électromagnétique
Une antenne émettrice a pour rôle de créer une onde électromagnétique. Un fil conducteur
traversé par un courant électrique variable alternatif est une antenne émettrice. Le passage
d’un courant électrique dans un fil conducteur excite les électrons dans l’antenne.
L’oscillation des électrons crée une onde électromagnétique qui se propage à partir de ce fil
conducteur.
Remarque : Pour une antenne émettrice, l’onde électromagnétique émise a la même fréquence que
celle du signal électrique qui lui est transmis.
ME : Oscilloscope, GBF réglé sur MHz banché sur la voie 1 de l’oscillo, 2 fils électriques (antennes)

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AE : créer une onde électromagnétique à l’aide d’un GBF et d un fil électrique (visualiser le
signal électrique sur l’oscilloscope. Recevoir cette onde sur un autre fil relié à l’oscilloscope.
c) Réception d’une onde électromagnétique
Une antenne réceptrice a pour rôle d’obtenir un signal électrique à partir d’une onde
électromagnétique. Un fil électrique relié à un appareil de mesure du courant est une antenne
réceptrice. Une onde électromagnétique qui arrive sur un fil conducteur excite les électrons
dans l’antenne. Un courant électrique apparaît, qui suit fidèlement les variations temporelles
de l’onde.
Remarque : Dans une antenne réceptrice, l’onde électromagnétique engendre un signal électrique
de même fréquence.
III. Modulation d’une onde
a) Information et canal de transmission
Les informations (son, image) que l’on veut transmettre ont des fréquences de l’ordre du Hz
au kHz. Elles ne sont pas transmises directement sous forme d’ondes, car elles ne se
propagent pas très loin, elles nécessiteraient des antennes de dimensions énormes
(  100 km) et la superposition de plusieurs signaux ne pourrait pas ensuite être séparée. Ces
informations sont placées sur une onde « porteuse » qui joue le rôle de canal de transmission.
Une onde porteuse est une onde de haute fréquence (100 kHz à GHz pour les ondes
Hertziennes, et jusqu’à 1014 Hz en optique), qui sert de support pour transmettre un signal de
fréquence bien plus faible appelé signal modulant.
b) Modulation
La modulation a pour but de modifier la porteuse de façon à y inscrire l’information à
transmettre.
Expression mathématique d’une tension sinusoïdale : L’onde porteuse est créée à l’aide d’une
tension sinusoïdale d’expression :
0pmax tf2cosUtu 
. Umax est l’amplitude, fp la
fréquence, 0 la phase à l’origine.
La modulation consiste à faire varier l’un des paramètres de l’onde en fonction de
l’information que l’on veut transmettre. L’information à transmettre est introduite par
modulation de l’un des paramètres suivants : amplitude, fréquence et/ou phase.
Modulation
Onde hertzienne
modulée
Signal électrique
modulé um(t)
Signal électrique
HF (porteur) up(t)
Antenne
émettrice
micro
Signal électrique
(modulant) us(t)
Générateur
HF
Signal à
transmettre
(exemple : son)

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c) Démodulation
La démodulation a pour but d’éliminer le signal porteur pour récupérer les informations du sitgnal
modulant.
Signal
sonore
Signal électrique
modulé u’m(t)
démodulation
Antenne
réceptrice
haut-
parleur
Onde modulée
en amplitude
Signal électrique
démodulé u’s(t)