Notion

Spectre électromagnétique : domaines, longueurs d'onde et énergies

Le spectre électromagnétique est le classement de l'ensemble des ondes électromagnétiques (rayons gamma, X, UV, visible, IR, micro-ondes, ondes radio) selon un paramètre continu : la longueur d'onde dans le vide \(\lambda_0\), la fréquence \(\nu\), ou l'énergie du photon associé \(E\). Ces trois grandeurs ne forment pas trois classements indépendants : elles sont liées par la propagation et la quantification de l'énergie lumineuse.

\[ c = \lambda_0 \, \nu \qquad \text{et} \qquad E = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda_0} \]

avec \(c \approx 3{,}00 \times 10^{8}\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}\) la célérité de la lumière dans le vide et \(h \approx 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}\) la constante de Planck. En pratique, l'énergie s'exprime souvent en électronvolt : \(E(\text{eV}) \approx \dfrac{1240}{\lambda_0(\text{nm})}\).

Domaine Longueur d'onde \(\lambda_0\) Énergie de photon Application usuelle
Rayons gamma \(\lambda_0 < 10\ \text{pm}\) très élevée imagerie nucléaire
Rayons X \(10\ \text{pm} \lesssim \lambda_0 \lesssim 10\ \text{nm}\) élevée radiographie
UV \(10\ \text{nm} \lesssim \lambda_0 \lesssim 400\ \text{nm}\) moyenne stérilisation
Visible \(400\ \text{nm} \lesssim \lambda_0 \lesssim 800\ \text{nm}\) moyenne vision humaine
IR \(800\ \text{nm} \lesssim \lambda_0 \lesssim 1\ \text{mm}\) faible thermographie
Micro-ondes \(1\ \text{mm} \lesssim \lambda_0 \lesssim 30\ \text{cm}\) très faible Wi-Fi, radars
Ondes radio \(\lambda_0 \gtrsim 30\ \text{cm}\) très faible radiodiffusion

Ces bornes sont des conventions d'usage, pas des limites physiques exactes : aucune norme internationale ne fixe au nanomètre près la frontière IR/micro-ondes ou UV/visible, et les valeurs varient légèrement d'une source à l'autre.

Piège classique : la relation entre \(\lambda_0\) et \(E\) est inverse — plus la longueur d'onde est grande, plus l'énergie du photon est faible. Attention aussi aux erreurs de puissance de 10 lors des conversions entre nm, m et eV.