CHAPITRE IV : RAYONNEMENTS

CHAPITRE IV : RAYONNEMENTS
IV.1 PHYSIQUE GENERALE DES RADIATIONS :
On entend par rayonnement, la propagation d’énergie à travers l’espace.
IV. 1. 1 Classification des rayonnements:
Les rayonnements sont classés suivant leurs énergies en :
1) Rayonnements ionisants,
2) Rayonnements non-ionisants
Les rayonnements ionisants provoquent l’ionisation des atomes constituant le milieu matériel avec
lequel ils interagissent.
Ils peuvent avoir un double aspect :
1) Ondulatoire (REM),
2) Corpusculaire (RP)
Les rayonnements non-ionisants provoquent l’excitation des atomes constituant le milieu dans
lequel ils pénètrent.
Ils peuvent avoir une double origine :
1) Mécanique (son, US, …)
2) Electromagnétique (UV, V, IR,…)
IV. 2 RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE :
Une onde électromagnétique correspond à la propagation d’un champ électrique E et d’un champ
magnétique associé B perpendiculaires entre eux. Figure (4.1)
Figure 4.1 : Propagation d’une onde électromagnétique
IV. 2. 1 Spectre d’un rayonnement électromagnétique :
La gamme des ondes électromagnétiques est très étendue, depuis les basses fréquences des ondes
radio (~ 50 ) jusqu’au rayons cosmiques (~ 10 ). L’ensemble de toutes ces ondes
électromagnétiques constitue le spectre électromagnétique.

On peut ainsi répartir l’intensité d’un REM en fonction de la longueur d’onde, de la fréquence ou de
l’énergie. Figure (4.2).
L’intensité d’un REM peut également être représentée graphiquement et les spectres obtenus sont
appelés respectivement, spectre en longueur d’onde, spectre en fréquence et spectre en énergie. On
distingue deux types de spectres : Les spectres de raies et les spectres continus.
Figure 4.2 : Spectre Electromagnétique
IV. 2. 1. 1 Les spectres de raies :
Les spectres de raies sont caractéristiques des sources qui les produisent. Dans ce cas les énergies des
radiations forment une suite discontinue ou discrète caractéristique de chaque atome. Figure (4.3).
Exemple :
 L’uranium 235 n’émet que des particules α de 4,5 MeV, son spectre possède une seule raie.
 Lors du retour des atomes excités vers des états d’énergie inférieure, il y a émission de
rayonnement électromagnétique conduisant à un spectre de raies.
Figure 4.3 : Spectre de raies

IV. 2. 1. 2 Les spectres continus :
Il arrive que dans un rayonnement, les énergies des photons forment une suite ininterrompue. On dit
que la source engendre un rayonnement à spectre continu.
Exemple : freinage d’un électron rapide au voisinage d’un noyau.
Remarques :
 Une onde électromagnétique monochromatique, c’est-à-dire présentant une seule fréquence
est aussi appelée onde sinusoïdale. Elle se propage en créant une perturbation (ou
déformation) dans l’espace. Le passage de cette perturbation peut être entièrement décrit par
une fonction appelée « fonction d’onde » qui dépend de la position du point de l’espace
considéré et du temps.
 Une onde électromagnétique permet le transport de l’énergie sans aucun support matériel
(propagation dans le vide).
 L’onde électromagnétique est une onde plane (c’est-à-dire que sa propagation dans le vide se
fait dans une direction perpendiculaire au plan définit par E et B).
 Dans le vide, la propagation de l’onde électromagnétique se fait à vitesse constante :
C=300000 Kilomètres par seconde. (Vitesse de la lumière).
 Selon les effets sur la matière biologique, les rayonnements sont classés en rayonnements
ionisants et rayonnements non-ionisants. Les seuils entre les deux catégories de longueur
d’onde, sont reportés sur la figure (4.4).
Figure 4.4 : seuils d’ionisation
IV. 2. 1. 3 Vitesse de propagation des ondes électromagnétiques :
La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide est une constante notée « c » et
appelée « célérité de la lumière ». Elle est donnée par la relation :
= 1
=

   sont des constantes représentant respectivement la permittivité et la perméabilité dans le
vide. =8,84×10 
=1,26×10 
La célérité de la lumière est donc égale à :
=3.10 /
Dans un diélectrique homogène, isotrope et transparent, la vitesse de l’onde électromagnétique est :
= 1
.= .
Où les constantes    sont respectivement la permittivité relative et la perméabilité relative du
milieu, définies par rapport au vide par les relations :
=
  μ=μ μ
On définit l’indice de réfraction d’un milieu transparent par le rapport des vitesses de propagation
dans le vide et le milieu :
=
 =. . =.
Remarque :
Pour l’air, dans les conditions normales  1. Pour les autres milieux >1.
IV. 2. 2 Caractéristiques d’un rayonnement électromagnétique :
On caractérise une onde électromagnétique par quatre grandeurs : Sa période notée T (exprimée en
seconde (s)), Sa fréquence notée ν (exprimée en hertz (Hz)), Sa longueur d'onde notée λ (exprimée
en mètre (m)) et son énergie notée E (exprimée en Joules (J)).
IV. 2. 2. 1 Période et fréquence d’une onde électromagnétique :
On appelle période T la durée d'une vibration entière. La fréquence ν mesure le nombre de vibration
par seconde.
=1
[T] = s ; [ν] = s 1 ou Hz
IV. 2. 2. 2 Longueur d’onde:
La longueur d’onde représente la distance parcourue par l’onde électromagnétique pendant une
période d’oscillation.
Dans le vide, la période est donnée par la relation : =.=
[λ] = m ; [c] = m.s 1

IV. 2. 2. 3 Energie d’une onde électromagnétique :
L’onde électromagnétique permet le transport de l’énergie sous forme de paquets discrets
(discontinus) appelés quanta.
Chaque quantum transporte une énergie E tel que :
= .
h est la constante de Planck : h = 6,6210 34J.s
[E] = J ; [h] = J.s ; [ν] = s 1.
A l’échelle atomique, il est d’usage d’exprimer, l’énergie en électron-volt (eV). L’énergie du
quantum est exprimée par la relation de DUANE-HUNT :
()=12400
(Å)
Remarque :
Pour une onde électromagnétique de longueur d’onde lm dans un milieu d’indice n, l’énergie est
donnée par la relation :
()=12400
.l(Å)
IV. 2. 3 Aspect corpusculaire d’un rayonnement électromagnétique :
Les échanges énergétiques entre le rayonnement électromagnétique et la matière (absorption ou
émission) ne se font que par des quantités discontinues, multiples d’une quantité élémentaire E ou
quantum (= .).
Assimilant le quantum à un corpuscule, Einstein introduit la notion de photon : particule se déplaçant
à la vitesse de la lumière dans le vide (V = C), sans support matériel et ne pouvant exister au repos
(m0 =0).
L’aspect corpusculaire de l’onde électromagnétique permet de lui définir la quantité de mouvement
correspondante.
IV. 2. 3. 1 Quantité de mouvement :
La quantité de mouvement P d’une onde électromagnétique peut être écrite sous la forme :
=
Cette expression est obtenue en supposant valable, pour un photon, la définition de la quantité de
mouvement =. avec V = C pour une onde électromagnétique.
IV.3 RAYONNEMENT CORPUSCULAIRE OU PARTICULAIRE (RP) :
On appelle « rayonnement corpusculaire » un mouvement d’ensemble d’un système de particules
transportant de l’énergie (propriété caractéristique de tout rayonnement) qui, d’ordinaire, a été
primitivement considéré comme de nature ondulatoire.
Parmi les nombreuses particules découvertes, on trouve les plus fondamentales : l’électron
(  ), le proton (p) et le neutron (n).
On trouve aussi d’autres particules comme le positon (  ), le neutrino (ν), l’hélion
(  ), le méson (π), etc.…