Énergie thermique et énergie électromagnétique : qu’est-ce que c’est ?

La loi de Planck, ça vous parle ? Petit indice : vous l’avez sans doute vue dans Stranger Things à la fin de la saison 3. SPOILER ALERT ! On ne vous en dit pas plus. 😉 Dans la vie courante, cela a un rapport avec l’énergie thermique et l’énergie électromagnétique. Ces énergies jouent-elles un rôle dans notre bilan carbone ? Explications.

Énergie thermique et énergie électromagnétique : définition

L’énergie électromagnétique peut être convertie en d’autres formes d’énergie lorsqu’elle interagit avec la matière. Par exemple, lorsqu’une onde électromagnétique frappe une surface, elle peut être absorbée, réfléchie ou transmise. Cette interaction peut entraîner la conversion de l’énergie électromagnétique en énergie thermique, en énergie électrique ou en d’autres formes d’énergie.

L’énergie thermique, c’est l’énergie produite par la chaleur. Par exemple des rayons du Soleil. Ce rayonnement thermique n’est en fait rien d’autre qu’un rayonnement électromagnétique émis par le mouvement de nombreuses petites particules.

Comme l’explique le magazine spécialisé Futura Sciences « Toute matière, dont la température est supérieure au zéro absolu (-273,15°C), émet des ondes électromagnétiques qui forment le rayonnement thermique. »

Ce rayonnement thermique se traduit en une chaleur plus ou moins importante en fonction de la couleur d’un objet. Ainsi, vous aurez plus chaud en été si vous vous habillez en noir et vous aurez moins chaud avec des vêtements blancs.

Loi de Planck et couleurs

Max Planck, c’est le physicien allemand qui a déterminé que la couleur joue un rôle dans la température d’un objet. Selon lui, un corps noir parfait absorbe tout le rayonnement qui lui parvient.

À l’inverse, un corps parfaitement blanc aura tendance à réfléchir totalement le rayonnement lumineux. À moins de passer votre vie habillé en pied-de-poule, vous utilisez sûrement des vêtements qui ne sont ni complètement noirs, ni complètement blancs. Et oui, il y a des entre-deux colorés. 🎨

Que se passe-t-il dans ce cas lorsqu’ils sont soumis à l’énergie thermique du soleil ? Les couleurs, en fonction de leur degré d’obscurité ou de clarté, absorbent une partie du rayon lumineux et en réfléchissent une autre.

Planck a fait le constat suivant : plus la température d’un objet est importante, plus l’onde électromagnétique émise par la couleur est courte. Toutes ces radiations d’ondes constituent le spectre électromagnétique.

Énergie électromagnétique : les ondes électromagnétiques

Que sont ces ondes électromagnétiques dont on entend souvent parler ?

L‘énergie électromagnétique fait référence à l’énergie transportée par les ondes électromagnétiques. Ces ondes sont composées de champs électriques et magnétiques qui oscillent perpendiculairement l’un à l’autre et se propagent à travers l’espace.

Les ondes électromagnétiques se déplacent à la vitesse de la lumière dans le vide et sont caractérisées par leur fréquence et leur longueur d’onde. Le spectre électromagnétique couvre une large gamme de fréquences, allant des fréquences extrêmement basses, comme celles des ondes radio, aux fréquences extrêmement élevées, telles que les rayons gamma.

Par exemple, la lumière visible est une forme d’énergie électromagnétique qui permet la vision humaine et est utilisée dans diverses applications d’éclairage et d’affichage.

Rassurez-vous ce spectre n’a rien d’un fantôme. 😉 Dans ce spectre, on trouve différents types d’ondes magnétiques définies par leurs longueurs :

👉 L’infra-rouge, qui sert à mesurer la température dans les caméras thermiques ;

👉 Les ultraviolets, à savoir la « lumière noire » que l’on utilise dans l’industrie ou dans le milieu médical pour faire apparaître des éléments invisibles à l’œil nu. Les ultraviolets sont aussi les UV présents dans le rayonnement solaire. Ils peuvent être dangereux pour la peau ;

👉 Les micro-ondes que l’on retrouve dans le four à micro-ondes justement et qui sont aussi produites par les antennes des réseaux de télécommunications (téléphone portable, Wifi, etc.) ;

👉 Les ondes radio, utilisées par les radios hertziennes pour émettre ;

👉 Les rayons X, dont on se sert pour faire passer des radios à des patient.es.

Il est important de noter que l’énergie électromagnétique est omniprésente dans notre environnement, mais différentes fréquences et niveaux d’exposition peuvent avoir des effets variables sur les organismes vivants. À tel point qu’elles peuvent dans certains cas constituer un danger pour la santé. Des réglementations et des normes sont établies pour guider l’utilisation sûre des technologies émettant des ondes électromagnétiques et pour minimiser les risques potentiels pour la santé humaine et l’environnement. En France, c’est l’Agence nationale des fréquences (ANFR) qui est chargée de vérifier si notre exposition aux ondes respecte les seuils de non-dangerosité.

Énergie électromagnétique : Le corps humain

Le corps humain émet des ondes électromagnétiques. Et oui nous aussi ! Les processus biologiques et les activités cellulaires qui se produisent à l’intérieur du corps génèrent des signaux électriques faibles, créant ainsi un champ électromagnétique.

Un exemple bien connu est l’activité électrique du cerveau, qui produit des ondes cérébrales mesurables à l’aide d’électroencéphalographie (EEG). Ces ondes cérébrales sont essentielles à la communication et à la coordination des différentes parties du cerveau.

De plus, le cœur génère un champ électromagnétique lorsqu’il bat. Cela peut être mesuré par électrocardiographie (ECG) et est utilisé pour évaluer la santé cardiaque.

Les muscles en mouvement produisent également des signaux électriques, et ces activités électriques sont captées par l’électromyographie (EMG).

En outre, le corps humain émet également une faible quantité de chaleur infrarouge, qui peut être détectée par des caméras thermiques ou des capteurs de chaleur. Vous avez certainement déjà vu des exemples dans vôtre série médicale préférée ! 📺 🏥

Il est important de noter que les ondes électromagnétiques émises par le corps humain sont généralement de faible intensité et de fréquences plus basses par rapport à certaines sources artificielles d’ondes électromagnétiques, comme les appareils électroniques. Les champs électromagnétiques naturels produits par le corps humain sont généralement considérés comme sans danger pour la santé.

La recherche se poursuit pour mieux comprendre les propriétés et les effets potentiels des champs électromagnétiques produits par le corps humain, ainsi que leurs interactions avec l’environnement électromagnétique externe.

Énergie électromagnétique : Pour aller plus loin

Chaussez vos lunettes, décapuchonnez votre stylo, choisissez une page vierge de votre cahier et ouvrez grand vos mirettes ! 📖 🖋️ 

Au cours de l’histoire, la découverte et la compréhension de l’énergie électromagnétique ont été le résultat de contributions de nombreux scientifiques et expérimentateurs. Voici un aperçu des principales étapes de l’historique de la découverte de l’énergie électromagnétique :

👨‍🔬 Expérimentations avec l’électricité statique : Au 17e et 18e siècle, des scientifiques tels que William Gilbert, Otto von Guericke, et Benjamin Franklin ont mené des expériences sur l’électricité statique, en découvrant ses propriétés d’attraction et de répulsion.

👨‍🔬 Expérimentations avec les courants électriques : Au 18e et 19e siècle, des scientifiques tels que Luigi Galvani, Alessandro Volta, et Hans Christian Ørsted ont exploré les phénomènes liés aux courants électriques. Galvani a découvert que les muscles de grenouilles mortes se contractaient lorsqu’ils étaient exposés à des décharges électriques, tandis que Volta a inventé la pile voltaïque, qui a permis de générer un courant électrique continu. Ørsted a observé que le passage d’un courant électrique dans un fil produisait un champ magnétique autour de celui-ci.

👨‍🔬 Équations de Maxwell et théorie de l’électromagnétisme : Au 19e siècle, James Clerk Maxwell a formulé les équations de Maxwell, un ensemble d’équations mathématiques qui décrivent les phénomènes électromagnétiques. Ces équations ont unifié les lois de l’électricité et du magnétisme, démontrant que les variations des champs électriques créent des champs magnétiques et vice versa, et que ces champs se propagent à travers l’espace sous la forme d’ondes électromagnétiques.

👨‍🔬 Découverte des ondes radio : Au 19e et 20e siècle, des scientifiques tels que James Clerk Maxwell, Heinrich Hertz et Guglielmo Marconi ont joué un rôle crucial dans la découverte et le développement des ondes radio. Hertz a mené des expériences pour prouver expérimentalement l’existence des ondes électromagnétiques prévues par les équations de Maxwell, tandis que Marconi a réalisé la première transmission sans fil à longue distance utilisant les ondes radio.

👨‍🔬 Depuis lors, l’étude et l’application de l’énergie électromagnétique ont connu un développement considérable, avec des avancées technologiques majeures dans les domaines de la communication, de la radiodiffusion, des télécommunications, de la médecine et bien d’autres. La compréhension de l‘énergie électromagnétiquecontinue d’évoluer, avec des recherches en cours sur ses interactions avec la matière et son impact sur la santé humaine et l’environnement.

Énergie électromagnétique : dans nos histoires

Dans les livres, films et les séries, on trouve souvent plusieurs exemples d’énergie électromagnétique qui sont utilisés pour créer des effets visuels ou des éléments de l’intrigue :

👉 Effets spéciaux visuels : Dans de nombreux films de science-fiction ou d’action, l’énergie électromagnétiqueest souvent représentée sous forme de rayons laser, de décharges d’énergie ou d’explosions électromagnétiques. Ces effets visuels sont utilisés pour ajouter du dynamisme et de l’excitation aux scènes.

👉 Téléportation et télékinésie : Dans certains films ou séries fantastiques, l’énergie électromagnétique est parfois utilisée pour expliquer des capacités surnaturelles telles que la téléportation ou la télékinésie. Ces pouvoirs sont souvent représentés comme des flux d’énergie électromagnétique contrôlés par les personnages.

👉 Écrans et interfaces interactifs : Dans les films de science-fiction, on peut voir des écrans ou des interfaces interactifs qui utilisent des champs électromagnétiques pour détecter les mouvements ou les gestes des personnages. Ces technologies fictives sont souvent utilisées pour créer des interactions futuristes entre les personnages et les appareils électroniques.

👉 Armes à énergie : Les films d’action et de science-fiction peuvent présenter des armes à énergie qui utilisent des faisceaux d’énergie électromagnétique pour attaquer les ennemis. Ces armes fictives incluent souvent des canons à plasma, des pistolets laser ou des épées énergétiques.

👉 Technologie de communication avancée : Dans de nombreuses productions, des dispositifs de communication futuristes sont utilisés, tels que les communicateurs sans fil ou les hologrammes. Ces technologies fictives reposent souvent sur des principes d’énergie électromagnétique pour transmettre les signaux de communication.

Ces exemples illustrent comment l’énergie électromagnétique est utilisée comme un élément narratif ou un outil visuel dans le domaine du divertissement, offrant des scènes d’action spectaculaires et des avancées technologiques imaginaires.

Que vous soyez plutôt Carrie 🔥 de Stephen King ou Magneto 🦹 des X-Men, vous voilà incollable sur l’énergie électromagnétique ! 

À lire aussi :

Qu’est-ce que l’énergie primaire ?