-  Définitions

La longueur d'onde est la distance entre deux sommets ou deux creux d'une onde. Elle se mesure en mètre. L'amplitude est la hauteur de l'onde. La fréquence correspond au nombre d'oscillations ou de vibrations par seconde. Elle se mesure en hertz (Hz). Plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence est élevée.

- Principes

Pendant des siècles, les seules radiations connues ont été les radiations lumineuses et l'on supposait que la lumière était faite de corpuscules. Cette théorie corpusculaire de la lumière fut remise en question au début du XVIIIème siècle par Augustin Fresnel. Reprenant la thèse de Huyghens, un précurseur du XVIème siècle, il imagina la théorie ondulatoire de la lumière. En I865, le mathématicien Maxwell développa cette idée et découvrit que ce qui se propageait n'était pas une vibration de l'éther mais des variations périodiques de l'état électromagnétique de l'espace. Cette théorie ondulatoire de la lumière stipule que toutes les ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la lumière, soit 300 000 km par seconde. La lumière visible est une onde électromagnétique particulière, dont la fréquence est comprise entre deux valeurs limites, celle de la lumière rouge et celle de la lumière violette. A l'époque de Maxwell on connaissait déjà l'existence de radiations invisibles qui se manifestent par la chaleur ou par une certaine activité chimique : les rayons infra-rouges et ultra-violets. En 1887, Heinrich Hertz découvrit une autre sorte d'ondes électriques, les ondes radio, qui allaient devenir les instruments indispensables de la communication à distance. Les rayons X furent découverts par le savant allemand Roentgen en 1895. Comme ils sont capables de traverser des substances opaques à la lumière naturelle, ils trouvèrent rapidement une utilisation dans le diagnostic médical (radiologie). En 1896, Becquerel et Curie découvrirent les rayons gamma de la radio activité. Ces rayonnements furent détectés par la suite dans l'espace. En 1905, Einstein relia la théorie corpusculaire et ondulatoire de la lumière en une seule. La lumière devient une onde qui transporte des photons. Du point de vue du phénomène lumineux, elle se comporte comme une onde mais du point de vue énergétique, cette onde transporte des grains d'énergie.

Les différentes ondes peuvent être regroupées par ordre de longueur d'onde croissante et de fréquence décroissante pour obtenir le spectre électromagnétique. Celles dont les fréquences sont les plus faibles sont les ondes hertziennes. Leur fréquence est d'environ 300 kilohertz. Ce sont les ondes de la radio et de la télévision. A l'autre bout de l'échelle se trouvent les rayonnements gamma, dont la fréquence est considérable (10 puissance 20 hertz). On peut aussi classer ces ondes en fonction de leur longueur. Dans ce cas les ondes hertziennes sont celles qui ont les plus grandes longueurs d'onde, même si l'écart entre celles-ci va de quelques centimètres (pour les ondes ultra-courtes) à quelques kilomètres (les grandes ondes de nos radios). A l'autre bout du spectre, les rayons gamma n'auront que quelques centièmes de nanomètre (milliardième de mètre).

- Les satellites de communication

L'écrivain américain Arthur Clarke fut le premier, dès 1945, à suggérer l'idée d'utiliser des satellites pour la communication. Il estima qu'en plaçant un satellite à 35 900 km d'altitude au-dessus de l'équateur, il tournerait à la même vitesse que la Terre et constituerait ainsi un point fixe accompagnant sa rotation. Grâce à ce relais dans l'espace, on pourrait depuis la terre transmettre des appels téléphoniques ou des images sur tous les continents. Ce principe est celui des satellites géostationnaires. Le premier lancement réussi fut réalisé par les Américains en août 1964 avec Syncom 3. Dès 1964, une organisation internationale de télécommunications par satellites, Intelsat, fut constituée. Aujourd'hui des dizaines de satellites géostationnaires tournent autour de notre planète. Alors que les premiers satellites Intelsat 1 (Early Bird), en 1965, ne pouvait acheminer que 24O communications téléphoniques au-dessus de l'Atlantique, les Intelsat 6 des années 90 peuvent relayer jusqu'à 12 OOO communications téléphoniques ainsi que trois programmes de télévision en couleur. Longtemps limité aux Etats‑Unis et à l'URSS, le club des puissances spatiales s'est élargi d'abord à l'Europe occidentale (satellites Eutelsat) et au Japon (Sakura), avant de s'ouvrir largement, dans les deux dernières décennies du siècle, à la plupart des pays importants par leur économie ou leur taille : Etats arabes (Arabsat) et européens (en France, Télecom1), Chine, Inde, Indonésie, Brésil, etc. L'augmentation du nombre de chaînes de télévision et la généralisation de l'informatique sont à l’origine d'une nouvelle ère dans le développement des télécommunications spatiales : celle des satellites privés, tels les satellites américains de la série SBS (Satellite Business System), chargés des communications numériques entre les différentes entreprises de sociétés multinationales.

- Les micro-ondes.

Dans le spectre électromagnétique, les micro-ondes se situent juste après les infra-rouges. Avec leurs longueurs comprises entre 1 cm et 1 m, elles constituent les plus courtes des ondes radio. Elles ont fait une entrée spectaculaire dans la vie quotidienne avec l'invention du four à micro-ondes. Dans celui-ci, l'énergie électromagnétique provoque un chauffage sélectif qui dépend en fait de la quantité de liquide contenu dans le produit chauffé. La montée en température est en effet obtenue par la vibration de l'atome d'hydrogène des molécules d'eau. On comprend donc l'intérêt de ces ondes pour le séchage, la cuisson ou la décongélation des aliments, en général riches en eau. L'analyse chromatographique des aliments chauffés par micro-ondes révèle cependant une déstructuration très caractéristique de l'agencement des molécules, dont il n'est pas certain que les conséquences aient été évaluées. Cette technique est aussi utilisée dans l'industrie, pour le séchage des bobines de fils, la prévulcanisation de profilés en caoutchouc, la polymérisation des colles dans l'industrie du bois, la décontamination des déchets hospitaliers, etc..

- Les ultra-sons.

Les ultrasons ont une fréquence supérieure à 20 000 Hz. Ils ne peuvent être perçus par l’oreille humaine mais certaines espèces animales sont sensibles à des fréquences allant jusqu’à 100 000 Hz et même davantage. C’est le cas, par exemple, des chauve-souris. Pour produire des ultrasons, on utilise des sifflets spéciaux ou des quartz piézoélectriques. Les ultrasons sont utilisés pour mesurer la profondeur en milieu aquatique, par réflexion contre le fond marin (sonar). Ils servent aussi à l’ionisation et à la vaporisation à froid des liquides.

- Localisation par satellite (système GPS).

Le GPS, ou Global Positioning System, a été inventé par l'armée américaine pour permettre à un objet mobile de se repérer instantanément en n'importe quel endroit de la surface du globe. A la base du système se trouve un réseau de 24 satellites placés sur orbite à une altitude d'environ 20 000 km. Radiocommandés depuis la Terre par cinq stations, ces satellites émettent chaque seconde, 24 heures sur 24, des signaux correspondant à des informations de temps et de position. Leur position dans l'espace leur assure une couverture totale de la planète. Cependant, en raison de la rotondité de la Terre, seuls les signaux provenant de six d'entre eux (au maximum) parviendront à un utilisateur de GPS au même instant. En mesurant le temps qui s'écoule entre les informations émises par un satellite et leur réception par un utilisateur, on peut calculer la distance qui sépare deux points. Il suffit alors au récepteur GPS de procéder à une simple triangulation en se servant des données de trois satellites pour déterminer leur position (longitude et latitude) et calculer la sienne propre. Le système GPS est utilisé dans des domaines variés, principalement maritimes (sauvetage, navigation, régulation). Il aide au retour des navettes spatiales et à la surveillance de l'activité sismique. Son application la plus répandue sera bientôt l'aide à la circulation routière.