L’électromagnétisme étudie l’interaction d’un champ électromagnétique avec des particules chargées électriquement, au repos ou en mouvement.

L’électromagnétisme est une branche de la physique, de l’électricité en particulier, dont les concepts en font une matière complexe pour un profane. Avec cette série de quatre articles, nous allons néanmoins tenter d’expliquer le plus simplement possible certaines notions nécessaires à la compréhension des ondes électromagnétiques. Bien sûr, le lecteur souhaitant approfondir cette matière passionnante trouvera facilement de nombreuses informations et références sur le web.

Avant d’aborder directement ce qu’est une onde électromagnétique, il faut d’abord définir les concepts de charge électrique et de champ.

La charge électrique

Une charge électrique élémentaire est la plus petite charge électrique qui peut être portée par une particule. L’adjectif « élémentaire » signifie qu’on ignore si la particule est elle-même constituée d’autres particules, plus petites.

Les charges électriques élémentaires sont des constituants de l’atome dont le noyau est constitué de protons (= particule de charge électrique positive) et de neutrons (= particule de charge électrique nulle). Autour du noyau gravitent des électrons qui sont des particules de charge négative.

 

C’est la liberté qu’ont les électrons à pouvoir se déplacer dans un matériau qui fait que celui-ci est isolant ou conducteur électrique. Dans des matériaux conducteurs tels que le cuivre, l’aluminium ou l’or par exemple, les porteurs de charges sont les électrons libres non retenus par les noyaux, se déplacant dans le matériau, quelquefois sur des distances bien plus grandes que la dimension de l’atome lui-même.

Bon à savoir…

Un courant électrique est un mouvement d’ensemble de porteurs de charges électriques, généralement des électrons, au sein d’un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par l’action de la force électromagnétique, dont l’interaction avec la matière est le fondement de l’électricité.

Force d’attraction et de répulsion

Une force de nature électrique s’exerce entre particules chargées, attirant celles de signes opposés et repoussant celles de signes identiques. Les neutrons, ne possèdant pas de charge électrique, ne sont pas soumis à cette force. C’est cette force qui met en évidence le champ électrique dont le concept est expliqué dans la seconde partie de cet article.

L’accumulation de charges

Les électrons d’un atome peuvent être arrachés assez facilement. Ainsi, par simple frottement, ils sont attirés d’une matière vers une autre : c’est l’effet triboélectrique découvert par le savant grec Thalès de Milet en 600 avant J.-C. lorsqu’il frotta de l’ambre sur une peau de chat. Il existe de nombreux cas d’objets se chargeant par friction : un peigne passé dans les cheveux ou encore un ballon gonflable frotté sur un pull en laine. Dans ces deux exemples, des électrons se sont déplacés d’un premier objet vers un second, rendant ainsi la charge totale du premier objet positive (car il y a maintenant un excès de protons vis-à-vis du nombre d’électrons) tandis que le second objet se retrouve chargé négativement.

L’accumulation de charges électriques positives ou négatives sur un objet quelconque relève du domaine de l’électrostatique dont un phénomène bien connu est celui de nuages qui, ayant accumulé des charges par frottement avec l’air, se déchargent brutalement vers la Terre sous la forme d’un éclair: il s’agit ici d’un cas de décharge électrostatique dans l’air.

Les charges électriques peuvent s’accumuler sur :

  • des matériaux conducteurs non raccordés à la terre (par ex. du métal)
  • des matériaux isolants ou non-conducteurs (par ex. du plastique).

A l’inverse, leur élimination peut se faire par drainage vers la terre au moyen d’un chemin conducteur (par ex. un fil de terre) ou par dissipation dans de l’air humide très conducteur.

Fin de la première partie – Lire la suite de l’article