Chapitre 4 : Rayonnements et particules

Chapitre 4 : Rayonnements et particules
1. Définitions
Un rayonnement (ou radiation) est l’émission ou la transmission d'énergie transportée par une onde
électromagnétique (ou OEM) ou une particule (proton, neutron, électron, noyau d’hélium,…) à partir d’une source.
1.1. Les ondes électromagnétiques (Rappel)
Définition :
Une onde électromagnétique est la propagation d’une perturbation électromagnétique (combinaison d’un champ
magnétique et d’un champ électrique) dans un milieu (modification de l’état des électrons dans les atomes).
Une onde électromagnétique se caractérise par :
- Sa vitesse de propagation dans le milieu (en m.s1) aussi appelée célérité ;
- Sa période T (en s) et sa fréquence (
1
) ( =
1
T
, en Hz), si elle est périodique ;
- Sa longueur d'onde λ (en m) qui correspond à la distance parcourue par l’onde pendant la durée T :
-1
v vitesse de propagation de l'onde (en m.s )
T période de l'onde (en s)
ν fréquence de l'onde (en Hz)
v
vT ν ==
Remarque : dans le vide, la vitesse de propagation d’une onde électromagnétique est égale à la célérité de la lumière
dans le vide : c = 299 792 458 m.s–1.
On a alors :
-1
célérité de la lumière dans le vide (en m.s )
T période de l'onde (en s)
ν fréquence de l'onde (en Hz)
Tν
c
c
c ==
1.2. Les particules
Particule
Masse (kg)
Source
Proton
1,6726  10-27
Radioactivité (désintégration –)
Neutron
1,6749  10-27
Radioactivité (désintégration +)
Électron
9,1094  10-31
Radioactivité (désintégration –)
Noyau d’hélium
6,645.10–27 kg
Radioactivité (désintégration )
Photon
0 (théorique)
< 10−54 kg (expérimental)
Source de lumière
Remarque : dualité onde-particule ( voir chapitre ???)
En 1905, Albert Einstein réintroduisit l'idée que la lumière pouvait avoir une nature corpusculaire : il expliqua l'effet
photoélectrique, en postulant l'existence des photons, sortes de grains d'énergie lumineuse avec des qualités de
particules.
1
Lettre grecque « nu »

2. Spectre des ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques sont classées en plusieurs domaines qui sont fonction de leur fréquence ou de leur
longueur d'onde dans le vide :
Type d’onde
Domaine de fréquences
Domaine de longueur d’onde
Énergie (eV)
Les ondes radio
10 kHz  300 MHz
100 km  10 m
Les micro-ondes
300 MHz  300 GHz
1 m  1 mm
Les rayonnements IR
300 GHz  3,75.1014 Hz
1 mm  800 nm
Le domaine visible
3,75.1014 Hz  7,5.1014 Hz
800 nm  400 nm
Les rayonnements UV
7,5.1014 Hz  1016 Hz
400 nm  300 nm
Les rayons X
3.1016 Hz  3.1019 Hz
0,01 nm  10 nm
Les rayons 
> 3.1019 Hz
< 10–11 m
1 keV  100 GeV
Source : Criirem (Classement des ondes)
Spectre des ondes électromagnétiques :
Sources de rayonnements dans l’Univers et détecteurs :
Types de rayonnement
Sources de rayonnement
Détecteurs
O
On nd de es s
Ondes radio
Nuages de gaz froids, supernovas,
galaxies, big bang
Antenne radio
Micro-ondes
Gaz froids, nuages de poussières du
milieu interstellaire
Radar, antenne de télévision
UV, visibles, IR
Étoiles chaudes
UV : le télescope (EIT de SoHO par ex).
Visible : œil, capteur CCD
IR : pyromètre, bolomètre
Rayons X
Étoiles à neutrons, naines blanches
Plaque photographique
Rayons 
Pulsars (étoile en fin de vie)
Réactions nucléaires (cœur des étoiles)
Compteur Geiger
Plaque photographique
P
Pa ar rt ti ic cu ul le es s
Particules alpha ou béta
Désintégration de noyaux radioactifs
(radioactivité)
Compteur Geiger-Muller
Particules chargées (les muons,...)
Désintégration de particules (pions)
dans la haute atmosphère terrestre
Chambre à brouillard

3. Absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre
3.1. L’effet de serre ( Activité « Effet de serre »)
3.2. Les aurores polaires (boréales ou australes)
Provoquées par l'interaction entre les particules chargées du vent solaire et la haute atmosphère, les aurores se
produisent principalement dans les régions proches des pôles magnétiques, dans une zone annulaire justement
appelée « zone aurorale » (entre 65 et 75° de latitude).

Trois gaz sont à l'origine de ces phénomènes : le diazote, le dioxygène et le dihydrogène. Le diazote donne des
couleurs bleues et rouges et le dioxygène des teintes vertes et rouges. Notre atmosphère, principalement constituée
de diazote (environ 80 %) et de dioxygène, nous offre généralement des spectacles visuels de couleur rouge pouvant
donner l'impression d'un ciel en feu.
Source : Wikipedia.org (Aurore polaire)

Chapitre 4 : Rayonnements et particules
Les objectifs de connaissance :
- Savoir définir un rayonnement et caractériser une onde électromagnétique ;
- Connaître les particules élémentaires qui constituent la matière ;
- Connaître les principaux domaines du spectre des ondes électromagnétique ;
- Les interactions entre les ondes électromagnétiques et l’atmosphère terrestre.
Les objectifs de savoir-faire :
- Associer un détecteur à chaque type d’onde électromagnétique.
Je dois savoir
Oui
Non
- Définition des mots : Rayonnement, célérité, longueur d’onde, domaine visible, IR et UV
- Donner les caractéristiques d’une onde électromagnétique. (cf. §1.1)
- Utiliser l’expression de la longueur d’onde d’une onde électromagnétique. (cf. §1.1)
- Les particules élémentaires qui constituent la matière et leur origine. (cf. §1.2)
- Définir les domaines UV, visible et IR du spectre des ondes électromagnétique. (cf. §2)
- Associer un détecteur à chaque type d’onde électromagnétique. (cf. §2)
- Les interactions entre rayonnements et atmosphère terrestre. (cf. §3)