Comprendre les ondes électromagnétiques 1

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Article : Comprendre les ondes électromagnétiques
Deewex vous accompagne dans le développement des systèmes critiques. Afin de vous donner un aperçu des
prestations de Deewex dans le domaine de ces systèmes, nous vous présentons dans cette rubrique spéciale
comment éviter et surmonter les cas de pannes. Evidemment, lors de nos études, une approche plus concrète
est proposée avec en bonus de la pédagogie gratuite.
Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique ?
Les ondes électromagnétiques sont des variations de l’environnement électrique tout autour de vous. Ces
variations se traduisent par des vibrations et des déplacements de minuscules particules invisibles
(appelées ions) qui peuvent être plus ou moins chargées électriquement. Ces particules sont très
pénétrantes dans les tissus, la peau, le plastique, en tout cas dans tout corps se trouvant autour de vous.
Plus concrètement, une onde électromagnétique se propage dans le vide et dans certaines matières ou
matériaux selon sa fréquence. Plus la fréquence de l’onde électromagnétique est importante, plus sa
pénétration dans la matière est importante. L’onde se déplace en ligne droite sans déviation et est plus ou
moins atténuée suivant la matière dans laquelle elle se déplace. En présence d’obstacle, l’onde est soit
réfléchie en partie ou en totalité.
Comme son nom l’indique, l’onde électromagnétique est composée de champ magnétique et électrique,
tous deux perpendiculaires à la direction de l’onde.
Normalement dans un milieu parfait le champ électrique est créé par la différence de potentiel entre 2
points de l’espace dans le sens de déplacement du vecteur champ électrique. Les 2 points peuvent être
considérés comme la charge électrique d’un côté et le milieu neutre avant le passage de la charge en
déplacement. Et lorsque l’onde traverse un matériau avec une constante diélectrique ou permittivité
significative, l’intensité du champ est modifiée ainsi que la charge imposée sur le 2ème point. La figure
suivant décrit la propagation d’une onde électromagnétique pendant un temps fixe.
Corps non chargé à l’origine
Direction et
sens de l’ond
e
charges électriques
champs électriques
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Dans la pratique, il est très difficile de déterminer le lien entre le champ électrique et les charges qui sont à
l’origine. On parle le plus souvent de flux de champ E à travers une surface S.
Dans le vide, l’onde se déplace sans atténuation (donc sans résistance) à la vitesse de la lumière. Dans ce
cas, elle a donc une célérité de 300000km/s. Dans un matériau de constante diélectrique ε, l’onde se
propage à la vitesse :
𝑽𝒊𝒕𝒆𝒔𝒔𝒆𝒎/𝒔 =
𝑪é𝒍é𝒓𝒊𝒕é𝒎/𝒔
𝜺
Voici ci-dessous quelques exemples de matière avec des constantes diélectriques différents :
Vide
1
Air sec
1
Mer
80
Sol fertile
4
Sol sec
4
Caoutchouc
4
Plexiglas
3,3
Presspahn
3
Au déplacement de l’onde, on associe une longueur appelée longueur d’onde qui est celle parcourue
pendant une période (inverse de la fréquence) de l’onde :
𝜆𝑚 = 𝑉𝑚/𝑠 × 𝑡𝑠 =
𝑉𝑚/𝑠
𝐹𝐻𝑧
Il est possible de représenter la propagation des ondes électromagnétiques à temps fixe (effet appareil
photo) ou distance fixe (effet oscilloscope) par les figures suivantes :
y=f(xo)
y=f(xo-λ)
y=f(xo-2λ)
TEMPS FIXE
λ
x
DISTANCE FIXE
y=f(to)
T
y=f(to-T)
y=f(to-2T)
t
Il faut faire attention au fait que les 2 graphes sont complètement différents. Dans le 1er graphe, le temps
est fixé, on représente la déformation en fonction de la distance parcourue x. Dans le 2ème graphe, la
distance x est fixée et on représente la déformation en fonction du temps uniquement.
Classification des ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques ou radioélectriques sont des ondes électromagnétiques ayant, par
convention internationale, une fréquence entre 300Hz et 300 GHz se propagent librement dans l'espace
sauf si elles sont soumises à perturbation dans certains milieux. A l'intérieur de cet intervalle de
fréquences, leur utilisation à des fins de communication fait l'objet d'une réglementation internationale et
nationale.
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Il est possible de classifier les ondes électromagnétiques en fonction de leurs modes de propagation :
Abréviations
Types d’ondes
ELF (Extremely Low
Frequency)
Longueurs Plage de
Modes de propagation
d’onde
fréquence n’importe où sur terre
De
1000km à
100km
De 300Hz
à 3kHz
Ondes pénétrantes dans
l’eau (par exemple la
communication avec les
sous-marins tactiques en
plongée)
VLF (Very Low
Frequency)
Myriamétriques De 100km
à 10km
De 3kHz à
30kHz
Ondes de sol peu sensibles
aux obstacles n’importe où
sur terre et pénètrent sous
l’eau de quelques mètres
LW (Long Waves) ou
GO (Grandes Ondes)
Kilométriques
De 10km
à 1km
De 30kHz
à 300kHz
Ondes de sol le jour qui
s’affaiblit avec la fréquence
n’importe où sur terre. De
nuit, il faut une forte
puissance pour limiter les
atténuations
MW (Medium
Waves) ou PO
(Petites Ondes)
Hectométriques De 1km à
100m
De
300kHz à
3MHz
Propagation directe
moyenne par réflexion de
jour comme de nuit
n’importe où sur terre
HF ou SW (Short
Waves) ou OC
(Ondes Courtes)
Décamétrique
De 100m
à 10m
De 3MHz
à 30MHz
Propagation par réflexion à
distances intercontinentales
sensibles au « fading »
VHF (Very Hi
Frequency)gh
Métrique
De 10m à
1m
De
30MHz à
300MHz
Propagation directe jusqu’à
50km maximum, voire plus
en altitude
UHF (Ultra High
Frequency)
Décimétrique
De 1m à
10cm
De
300MHz à
3GHz
Propagation directe TV par
exemple sur quelques
kilomètres
SHF (Supra High
Frequency)
Centimétrique
De 10cm
à 1cm
De 3GHz
à 30GHz
Propagation directe très
sensible à la pluie
EHF (Extremely High
Frequency)
Millimétrique
De 1cm à
1mm
De
30MHz à
300GHz
Pas de propagation radio
(lois de l’optique)
Par exemple pour la transmission des ondes de télévision de type TNT en UHF, on utilise la norme L (bande
IV et V) dont la liste des canaux est donnée ci-dessous :
CANAUX
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PORTEUSE IMAGE (Mhz)
471,25
479,25
487,25
495,25
503,25
511,25
519,25
527,25
535,25
543,25
PORTEUSE SON (Mhz)
477,75
485,75
493,75
501,75
509,75
517,75
525,75
533,75
541,75
549,75
CANAL CENTRAL (Mhz)
474,00
482,00
490,00
498,00
506,00
514,00
522,00
530,00
538,00
546,00
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559,25
567,25
575,25
583,25
591,25
599,25
607,25
615,25
623,25
631,25
639,25
647,25
655,25
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671,25
679,25
687,25
695,25
703,25
711,25
719,25
727,25
735,25
743,25
751,25
759,25
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775,25
783,25
791,25
799,25
807,25
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839,25
847,25
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557,75
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573,75
581,75
589,75
597,75
605,75
613,75
621,75
629,75
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645,75
653,75
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693,75
701,75
709,75
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773,75
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842,00
850,00
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Donc, une onde électromagnétique comporte à la fois un champ électrique et un champ magnétique
oscillant à la même fréquence. Ces deux champs, perpendiculaires l’un par rapport à l’autre se propagent
dans un milieu selon une direction orthogonale.
La propagation de ces ondes s’effectue à une vitesse qui dépend du milieu considéré. Dans le vide, la
vitesse de propagation est égale à 3.108 m.s-1.
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