Les objectifs de connaissance : Les objectifs de savoir-faire : - Savoir définir un rayonnement et caractériser une onde électromagnétique ; - Connaître les particules élémentaires qui constituent la matière ; - Connaître les principaux domaines du spectre des ondes électromagnétique ; - Les interactions entre les ondes électromagnétiques et l’atmosphère terrestre. - Associer un détecteur à chaque type d’onde électromagnétique. Thème : OBBSERVERDomaine : Ondes et particules Livre : Chapitre 1  Rayonnements dans l’Univers, les ondes dans la matière Détecteurs d’onde et de particules Détecteurs d’onde et de particules Thème : OBBSERVERDomaine : Ondes et particules Livre : Chapitre 1  Rayonnements dans l’Univers, les ondes dans la matière Détecteurs d’onde et de particules Détecteurs d’onde et de particules

1. Définitions Définition : Un rayonnement (ou radiation) est l’émission ou la transmission d'énergie transportée par une onde électromagnétique (ou OEM) ou une particule (proton, neutron, électron, noyau d’hélium,…) à partir d’une source Les ondes électromagnétiques (Rappels) Définition : Une onde électromagnétique est la propagation d’une perturbation électromagnétique (combinaison d’un champ magnétique et d’un champ électrique) dans un milieu (modification de l’état des électrons dans les atomes). Une onde électromagnétique se caractérise par : - Sa vitesse de propagation dans le milieu (en m.s  1 ) aussi appelée célérité ; - Sa période T (en s) et sa fréquence ( = 1/T, en Hz), si elle est périodique ; - Sa longueur d'onde λ (en m) qui correspond à la distance parcourue par l’onde pendant la durée T :

Remarque : dans le vide, la vitesse de propagation d’une onde électromagnétique est égale à la célérité de la lumière dans le vide : c = m.s –1. On a alors : 1.2. Les particules ParticuleMasse (kg)Source Proton 1,6726  Neutron 1,6749  Électron 9,1094  Noyau d’hélium 6, –27 kg Photon 0 (théorique) < 10 −54 kg (expérimental) Remarque : dualité onde-particule En 1905, Albert Einstein réintroduisit l'idée que la lumière pouvait avoir une nature corpusculaire : il expliqua l'effet photoélectrique, en postulant l'existence des photons, sortes de grains d'énergie lumineuse avec des qualités de particules. 2. Spectre des ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques sont classées en plusieurs domaines qui sont fonction de leur fréquence ou de leur longueur d'onde dans le vide : Type d’ondeDomaine de fréquencesDomaine de longueur d’onde Les ondes radio 10 kHz  300 MHz100 km  10 m Les micro-ondes 300 MHz  300 GHz1 m  1 mm Les rayonnements IR 300 GHz  3, Hz1 mm  800 nm Le domaine visible 3, Hz  7, Hz800 nm  400 nm Les rayonnements UV 7, Hz  Hz400 nm  300 nm Les rayons X Hz  Hz0,01 nm  10 nm Les rayons  > Hz< 10 –11 m Spectre des ondes électromagnétiques :

Sources de rayonnements dans l’Univers et détecteurs : 3. Absorption de rayonnements par l’atmosphère terrestre 3.1. L’effet de serre (  voir Activité « Effet de Serre »)Effet de Serre Types de rayonnementSources de rayonnementDétecteurs Ondes Ondes radioNuages de gaz froids, supernovas, galaxies, big bangAntenne radio Micro-ondesGaz froids, nuages de poussières du milieu interstellaireRadar, antenne de télévision UV, visibles, IRÉtoiles chaudes UV : le télescope (EIT de SoHO par ex). Visible : œil, capteur CCD IR : pyromètre, bolomètre Rayons XÉtoiles à neutrons, naines blanchesPlaque photographique Rayons  Pulsars (étoile en fin de vie) Réactions nucléaires (cœur des étoiles) Compteur Geiger Plaque photographique Particules Particules alpha ou béta Désintégration de noyaux radioactifs (radioactivité) Compteur Geiger-Muller Particules chargées (les muons,...)Désintégration de particules (pions) dans la haute atmosphère terrestreChambre à brouillard

3.2. Les aurores polaires (boréales et australe) Trois gaz sont à l'origine de ces phénomènes : le diazote, le dioxygène et le dihydrogène. Le diazote donne des couleurs bleues et rouges et le dioxygène des teintes vertes et rouges. Notre atmosphère, principalement constituée de diazote (environ 80 %) et de dioxygène, nous offre généralement des spectacles visuels de couleur rouge pouvant donner l'impression d'un ciel en feu.