Une onde électromagnétique, c’est la propagation couplée d’un champ électrique et d’un champ magnétique, sans le moindre support matériel. La lumière du Soleil, le signal de ton téléphone et les rayons X d’une radiographie sont exactement le même phénomène, à des fréquences différentes.
Tu vas voir ici le spectre électromagnétique, le couplage des champs électrique et magnétique, l’équation de d’Alembert qui les décrit tous les deux, et l’encadrement de l’exposition du public en France. Les formules sont écrites en clair, prêtes à recopier. C’est parti ! 🚀
⚡ Comment définir une onde électromagnétique ?
Une onde électromagnétique est la propagation d’un champ électrique et d’un champ magnétique couplés, qui oscillent perpendiculairement l’un à l’autre et à la direction de propagation. Ce qui la distingue de toutes les ondes mécaniques : elle n’exige aucun milieu matériel et se propage dans le vide.
Les ondes mécaniques, comme le son, ont besoin d’une matière qui se déforme puis revient à son état initial. L’onde électromagnétique, elle, traverse le vide sans rien pour la porter : c’est bien pour cela que la lumière du Soleil parvient jusqu’à toi 🌞.
Dans le vide, sa vitesse est exacte par définition : c = 299 792 458 m/s. Depuis 2018, le Bureau international des poids et mesures définit le mètre à partir de cette constante, et non l’inverse : un mètre est la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde. L’ajustement CODATA 2022 publié par le National Institute of Standards and Technology (NIST) la reprend avec la mention « exact », donc sans incertitude.
En exercice, l’arrondi 3 × 10⁸ m/s reste pratique pour un ordre de grandeur. Mais la valeur officielle, elle, est exacte : c = 299 792 458 m/s (BIPM, 2018).
Retiens la logique : c n’est pas mesurée, c’est le mètre qui est défini à partir d’elle.
Deux relations relient la longueur d’onde, la fréquence et la célérité : λ = c/f et, ce qui revient au même, c = λ × f. Plus la fréquence monte, plus la longueur d’onde raccourcit. Historiquement, James Clerk Maxwell a prédit ces ondes, et Heinrich Hertz les a produites et détectées pour la première fois en 1888, selon le dictionnaire étymologique d’astronomie de l’Observatoire de Paris.
🌈 Quelles sont les ondes électromagnétiques du spectre ?
Le spectre électromagnétique regroupe sept grands domaines : ondes radio, micro-ondes, infrarouge, lumière visible, ultraviolet, rayons X et rayons gamma. Tous sont une seule et même nature physique, simplement déclinée sur des fréquences différentes.
📻 Les 7 domaines, des ondes radio aux rayons gamma
Le classement va des plus grandes longueurs d’onde vers les plus petites, donc des fréquences les plus basses vers les plus hautes. Le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) le résume ainsi.
Le spectre du rayonnement électromagnétique s’étend des ondes radio aux rayons gamma en passant par les micro-ondes, l’infrarouge, la lumière visible, l’ultraviolet et les rayons X.
CEA, Le spectre électromagnétique, 2014
Ce spectre figure au programme officiel de physique-chimie de première générale, sous l’intitulé « Domaines des ondes électromagnétiques » (Bulletin officiel spécial n° 1 du 22 janvier 2019). Le texte demande de savoir citer l’ordre de grandeur des fréquences ou des longueurs d’onde utilisées dans divers domaines d’application, de l’imagerie médicale au signal wifi.
Voici le tableau à avoir en tête. Seule la lumière visible y est détaillée en valeurs chiffrées, car c’est la seule plage pour laquelle le cours de l’Observatoire de Paris fournit des bornes précises.
| Domaine | Longueur d’onde (ordre de grandeur) | Usage courant |
|---|---|---|
| Ondes radio | Les plus grandes du spectre | Radio, télévision, téléphonie mobile |
| Micro-ondes | Plus courtes que les ondes radio | Four à micro-ondes, wifi, radar |
| Infrarouge | Juste au-delà du rouge visible | Télécommande, thermographie, vision nocturne |
| Lumière visible | Du violet (0,4 à 0,446 µm) au rouge (0,620 à 0,7 µm), en passant par le bleu (0,446 à 0,500 µm), le vert (0,500 à 0,578 µm), le jaune (0,578 à 0,592 µm) et l’orange (0,592 à 0,620 µm) | Vision, optique, éclairage |
| Ultraviolet | Juste en deçà du violet visible | Stérilisation, bronzage, astronomie |
| Rayons X | Bien plus courtes que le visible | Radiographie, imagerie médicale |
| Rayons gamma | Les plus courtes du spectre | Radiothérapie, astrophysique |
💡 Plus la longueur d’onde est courte, plus le photon est énergétique
L’énergie transportée par un photon augmente quand la fréquence augmente, donc quand la longueur d’onde diminue. La relation tient en une ligne : E = h × f, avec h = 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ J·Hz⁻¹, la constante de Planck, elle aussi exacte depuis l’ajustement CODATA 2022 du NIST.
Vitesse de la lumière dans le vide
mètres par seconde, valeur exacte par définition du mètre (BIPM, 2018)
Le CEA le formule simplement : les rayonnements se distinguent par leur longueur d’onde, qui mesure l’énergie transportée par chaque photon, et plus cette longueur d’onde est courte, plus le photon est énergétique. Cela explique pourquoi les rayons gamma sont si pénétrants alors que les ondes radio ne le sont pas. Le programme de première pose les mêmes relations, notées λ = c/ν et ΔE = hν.
🧲 Le champ électrique et le champ magnétique, indissociables
Les deux champs ne forment en réalité qu’une seule entité, le champ électromagnétique. Faire varier l’un fait nécessairement apparaître l’autre : c’est ce couplage qui rend la propagation possible, sans aucun support matériel.
Ce phénomène est provoqué par l’électricité statique. Connaissez-vous d’autres manifestations de ce phénomène ?
🔌 Ce que fait le champ électrique
Une charge électrique placée dans un champ électrique subit une force, d’autant plus intense que la charge et le champ le sont. Elle s’exerce dans la direction du champ, dans un sens qui dépend du signe de la charge.
C’est ce que tu observes avec l’électricité statique : un ballon de baudruche frotté se charge, et les cheveux se dressent vers lui parce qu’ils se trouvent dans son champ électrique. Quand la charge est en mouvement, une seconde contribution s’ajoute, celle du champ magnétique, qui dépend de la vitesse de la charge. Les deux contributions réunies forment la force de Lorentz.
La partie de la force qui ne dépend pas de la vitesse de la charge décrit le champ électrique.
La partie qui dépend du déplacement de cette même charge décrit le champ magnétique.
Conséquence : les deux champs dépendent du référentiel choisi, et la frontière entre eux aussi.
🧭 Pourquoi parle-t-on d’un champ électromagnétique unique ?
Parce que les équations de Maxwell couplent le champ électrique et le champ magnétique par le biais de dérivées du premier ordre, comme l’écrit le cours « Lumière et Couleurs I » de l’Observatoire de Paris. Impossible, donc, de faire varier l’un sans faire apparaître l’autre.
Ce couplage a une conséquence directe sur la géométrie de l’onde : le champ électrique et le champ magnétique sont perpendiculaires entre eux, et tous deux perpendiculaires à la direction de propagation. Cette orthogonalité est une propriété intrinsèque de l’onde électromagnétique.
Retiens surtout l’enchaînement logique : un champ électrique qui varie engendre un champ magnétique, lequel engendre à son tour un champ électrique, et de proche en proche l’onde avance. Aucune matière n’intervient, d’où la propagation dans le vide.
📐 L’équation de d’Alembert, un modèle pour toutes les ondes électromagnétiques
L’équation de d’Alembert est l’équation de propagation que vérifient à la fois le champ électrique et le champ magnétique. Elle se déduit des équations de Maxwell dans un domaine sans charges ni courants, et elle décrit d’un seul coup les deux champs.
✍️ La forme de l’équation
Dans un domaine sans charges ni courants, les équations de propagation des champs prennent une forme commune, dite équation de d’Alembert vectorielle : ΔE − (1/c²) × ∂²E/∂t² = 0 et ΔB − (1/c²) × ∂²B/∂t² = 0.
Ces deux écritures sont identiques à un nom de champ près : c’est tout l’intérêt du modèle. Chacune des six composantes du champ électromagnétique est solution d’une équation de d’Alembert scalaire, qui à une dimension se réduit à ∂²a/∂x² − (1/c²) × ∂²a/∂t² = 0.
Dans un domaine sans charges ni courants, les équations de propagation des champs E et B prennent la forme commune d’une équation de D’Alembert vectorielle.
P.-Y. Turpin et T. Fouchet, Observatoire de Paris, cours Lumière et Couleurs I, chapitre 2 « L’équation d’onde », 2007
🧮 D’où sort la célérité c ?
La célérité n’est pas posée à la main dans l’équation : elle sort des constantes du vide. Le même cours de l’Observatoire de Paris la définit par c = 1/√(ε₀ × μ₀), où ε₀ est la permittivité du vide et μ₀ sa perméabilité.
Le résultat est spectaculaire : deux constantes issues de l’électricité et du magnétisme redonnent la vitesse de la lumière. C’est l’argument qui a conduit Maxwell à identifier la lumière à une onde électromagnétique, avant que Hertz ne le vérifie.
À une dimension, la solution générale s’écrit a(x, t) = f(x − ct) + g(x + ct) : une forme qui se déplace vers les x croissants, une autre vers les x décroissants, aucune ne se déformant en chemin. La longueur d’onde est la période spatiale de cette forme, reliée à la fréquence par λ = c/f.
📡 Les ondes électromagnétiques au quotidien et l’encadrement de l’exposition
Les ondes électromagnétiques sont partout, de la radio à la téléphonie mobile en passant par les lignes électriques. En France, l’exposition du public fait l’objet d’un encadrement réglementaire et d’un dispositif national de mesures.
⚖️ Quelles sont les valeurs limites en France ?
Un décret fixe les valeurs limites d’exposition du public aux champs électromagnétiques émis par les réseaux de télécommunication et les installations radioélectriques. Il s’agit du décret n° 2002-775 du 3 mai 2002, toujours en vigueur.
Ce texte impose que le niveau d’exposition du public reste inférieur aux valeurs limites fixées en annexe, qui dépendent de la fréquence : 28 V/m dans la bande 10 à 400 MHz par exemple, l’ensemble des limites s’échelonnant entre 28 V/m et 87 V/m.
📊 Ce que mesure l’ANFR sur le terrain
L’Agence nationale des fréquences (ANFR) pilote un dispositif national de mesures d’exposition. Son rapport publié en juin 2025 porte sur 2 373 mesures réalisées en 2024 : le niveau médian d’exposition s’établit à 0,48 V/m, pour une moyenne de 1,2 V/m.
Dans ce même rapport, l’ANFR indique qu’une grande majorité des niveaux mesurés, soit 68,2 %, sont inférieurs à 1 V/m, et que 3,8 % dépassent la valeur d’attention de 6 V/m. Elle précise que les niveaux mesurés se révèlent tous nettement inférieurs aux valeurs limites réglementaires. Sur onze ans, le dispositif a permis plus de 32 000 mesures en France, la téléphonie mobile étant le principal contributeur dans 67 % des cas.
Côté évaluation sanitaire, l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) indique (ANSES, 2022) avoir produit plus de 15 expertises depuis 2005 sur les ondes et champs électromagnétiques, des radiofréquences aux basses fréquences des lignes électriques. Pour un exposé, ce sont ces publications qu’il faut citer 🔍.
❓ FAQ sur les ondes électromagnétiques
🌐 Quels sont les trois types d’ondes ?
On distingue couramment trois familles selon le milieu que l’onde exige : les ondes mécaniques, qui ont besoin d’une matière qui se déforme, les ondes électromagnétiques, faites de champs couplés et capables de traverser le vide, et les ondes gravitationnelles, qui sont des déformations de la géométrie de l’espace-temps.
🔢 Quels sont les 7 types d’ondes électromagnétiques ?
Dans l’ordre des longueurs d’onde décroissantes : les ondes radio, les micro-ondes, l’infrarouge, la lumière visible, l’ultraviolet, les rayons X et les rayons gamma. Ils diffèrent par leur fréquence et par l’énergie de leurs photons, jamais par leur nature physique, qui est identique dans les sept cas.
🚀 Une onde électromagnétique a-t-elle besoin d’air pour se propager ?
Non, elle se propage parfaitement dans le vide, et c’est justement ce qui la distingue des ondes mécaniques comme le son. C’est la raison pour laquelle la lumière du Soleil nous parvient à travers l’espace, alors qu’aucun son ne pourrait faire le même trajet.
📶 Comment sont surveillés les niveaux d’exposition ?
Les valeurs limites d’exposition du public sont fixées par le décret n° 2002-775 du 3 mai 2002, et l’ANFR réalise chaque année des mesures sur le terrain, publiées dans un rapport annuel. En 2024, ces mesures étaient au nombre de 2 373, avec un niveau médian de 0,48 V/m. L’ANSES, de son côté, conduit les expertises relatives aux effets sanitaires.
Tu as l’essentiel : une onde électromagnétique est un couple de champs qui se propage sans support, son spectre s’étend des ondes radio aux rayons gamma, et l’équation de d’Alembert décrit ces sept domaines avec une seule formule, où la célérité c sort des constantes du vide. Reprends les formules au brouillon, elles reviennent dans presque tous les exercices. Et si le passage de Maxwell à d’Alembert te résiste, un prof de physique chimie à Besançon peut te faire dérouler le calcul pas à pas 💪.
Sources 📚
- Bureau international des poids et mesures. Le mètre, unité SI de longueur. BIPM, Sèvres, 2018, https://www.bipm.org/en/si-base-units/metre.
- Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives. « Le spectre électromagnétique. » CEA, comprendre la physique-chimie, 2014, https://www.cea.fr/comprendre/Pages/physique-chimie/complements-laser/spectre-electromagnetique.aspx.
- Turpin, Pierre-Yves, et Thierry Fouchet, Lumière et Couleurs I, chapitre 2 : L’équation d’onde, 2007, et Heydari-Malayeri, Mohammad, « Hertz experiment », An Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics. Observatoire de Paris / LESIA, L’équation d’onde, Hertz experiment.
- Légifrance. Décret n° 2002-775 du 3 mai 2002 relatif aux valeurs limites d’exposition du public aux champs électromagnétiques. Journal officiel de la République française, 2002, https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000226401.
- Agence nationale des fréquences. Étude de l’exposition du public aux ondes radioélectriques : analyse des mesures 2024. ANFR, 2025, https://www.anfr.fr/fileadmin/user_upload/2025_Analyse_mesures_2024_vf.pdf.
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