Les ondes sont les fondements de notre Univers et de notre société actuelle : elles permettent de transmettre l’information (son, téléphonie mobile, télévision, radio, …) ; transmettre l’énergie (rayonnement solaire, four à micro-ondes, chauffage,…) ; détecter et analyser notre environnement (radar, échographie, radiographie…). La mise en oeuvre de nouvelles technologies comme la 5G ou le compteur Linky, est l’occasion de débats de société sur leur utilité, leur impact sur l’environnement ou la santé.
Le cours a pour objet d’établir les bases scientifiques sur lesquelles chacun pourra construire son opinion de manière éclairée.
Quels sont les principaux types d’ondes ? Comment les caractériser ? Comment agissent-elles sur la matière, sur le vivant ? Sont-elles dangereuses ou bénéfiques ? Existe-t-il des ondes encore inconnues ? Voilà quelques unes des questions abordées dans ce cours.
Les documents, supports du cours, sont accessibles via les boutons :
- Bleu pour ceux en format .pdf ; accessibles sur tous les systèmes, mais sans animations
- Vert pour ceux en format .ppt ; diaporama Powerpoint
- Enfin, les boutons rouges donnent accès aux vidéos sur YouTube ou aux podcasts sur Spotify
Préambule
Ce sujet a fait l’objet de conférences à l’UP de Nantes ou dans ses antennes : voir la page les-ondes-la-5g-et-nous et la vidéo ci-dessous (2022)
Ch 1- Introduction
L’introduction et le plan du cours 2025 sont accessibles ci-dessous
Ch 2 – Les ondes et leurs caractéristiques
Les ondes se manifestent dans la nature sous de multiples formes, qui ont des caractéristiques communes : même description mathématique, mêmes propriétés, comme la non-localité ou l’action à distance… Dans l’histoire des Sciences, on les oppose à la matière (notamment les grains de matière que sont les particules). Cette opposition a jalonné l’étude de la Lumière : onde ou particule ?
Ch 3 – Les ondes matérielles – Le son
Les ondes les plus familières sont les ondes sonores : ondes matérielles qui se propagent dans les milieux solides, liquides ou gazeux. Comment se propagent-elles ; comment les mesure-t-on ; quelles sont leurs applications et leurs potentiels effets ?
Ch 4 – Les ondes et l’information
Ceci est un interlude – un peu plus mathématique – qui expose les propriétés des ondes comme vecteur de transmission de l’information.
Il peut être intéressant de comprendre la décomposition en série de Fourier d’un signal et la notion de bande passante.
Ch 5 – Electricité et magnétisme – leurs effets
La notion de champ électrique et magnétique est essentielle pour comprendre les effets potentiels des courants basse fréquence (50 Hz) dans notre vie quotidienne.
Quels sont les liens entre magnétisme et électricité ; quelles sont les sources de champ électrique ou magnétique dans notre environnement ?
On étudiera les impacts sur les organismes vivants de ces champs : au niveau physique, physiologique et sanitaire.
Les équipements électroménagers sont des sources très faibles, largement en dessous des normes de sécurité. La proximité permanente des lignes à très haute tension (50 000 à 200 000 Volts) peut poser problème.
Ch 6 – Les ondes électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques résultent du couplage à haute fréquence des champs électriques et magnétiques. Elles se propagent dans le vide (et certains matériaux) à la vitesse de la lumière. La lumière visible n’est qu’une toute petite fenêtre dans le spectre des ondes électromagnétiques, que l’on classe par énergie croissante en ondes radio, microondes, infra-rouge, lumière visible, ultra-violet, rayons X et rayons gamma.
On étudiera les processus d’émission et de réception de ces ondes, qui conditionneront leurs effets sur la matière et sur les organismes vivants, effets qui sont l’objet du chapitre suivant.
Ch 7- Les effets des ondes électromagnétiques
Les fréquences déterminent l’énergie transportée par les ondes et aussi leur capacité à être absorbées par le corps humain ou tout autre matériau.
Les ondes de fréquences plus élevées que celles de la lumière visible (ultra-violet, rayons X et rayons gamma) sont très énergétiques ; dites ionisantes, elles ont susceptibles d’induire des mutations génétiques, des cancers ou de tuer les cellules vivantes.
Elles ont un fort pouvoir pénétrant.
Les ondes de fréquences moins élevées que celles de la lumière (infra-rouge, micro-ondes, ondes radio) ont une énergie beaucoup plus faible et donc sont non-ionisantes. Elles sont toutefois susceptibles d’interagir avec la physiologie de l’organisme (influx nerveux, échanges ioniques entre cellules, fonctionnement cérébral,…).
Ch 8- Ondes et société
Pour orienter les choix technologiques d’un pays, le « peuple » et ses représentants doivent se forger une opinion sur des sujets qu’ils ne maîtrisent pas. Selon le philosophe grec Platon, l’opinion est l’intermédiaire entre l’ignorance et la connaissance.
Le rôle de l’expert est donc d’éclairer chacun pour qu’il/elle puisse se déterminer de manière la plus éclairée. Comment s’élabore la « vérité » scientifique ; peut-on faire confiance aux experts ?
Bibliographie
- Les rapports et publications de l’ANSES ; et plus particulièrement, le rapport sur la Téléphonie mobile et technologies sans fil.
- Les articles de Wikipedia (et liens associés), en particulier : Son (physique), Onde, Onde radio, Onde électromagnétique, Onde gravitationnelle
- Pour ceux qui lisent l’anglais (très illustré et très complet) : le site de la NASA
- Une vidéo didactique sur les ondes électro-magnétiques.
- Une introduction aux ondes gravitationnelles