Définition du rayonnement micro-ondes

Le rayonnement micro-ondes est un type de rayonnement électromagnétique. Le préfixe « micro- » dans les micro-ondes ne signifie pas que les micro-ondes ont des longueurs d’onde de l’ordre du micromètre, mais plutôt que les micro-ondes ont des longueurs d’onde très petites par rapport aux ondes radio traditionnelles (longueurs d’onde de 1 mm à 100 000 km). Dans le spectre électromagnétique, les micro-ondes se situent entre le rayonnement infrarouge et les ondes radio.

Fréquences

Le rayonnement micro-ondes a une fréquence comprise entre 300 MHz et 300 GHz (1 GHz à 100 GHz en radiotechnique) ou une longueur d’onde allant de 0,1 cm à 100 cm. La gamme comprend les bandes radio SHF (super haute fréquence), UHF (ultra haute fréquence) et EHF (ondes millimétriques ou extrêmement haute fréquence).

Alors que les ondes radio de basse fréquence peuvent suivre les contours de la Terre et rebondir sur les couches de l’atmosphère, les micro-ondes ne voyagent que dans la ligne de visée, généralement limitée à 30-40 miles à la surface de la Terre. Une autre propriété importante du rayonnement micro-ondes est qu’il est absorbé par l’humidité. Un phénomène appelé « décoloration de la pluie » se produit à l’extrémité supérieure de la bande des micro-ondes. Au-delà de 100 GHz, d’autres gaz dans l’atmosphère absorbent l’énergie, rendant l’air opaque dans la gamme des micro-ondes, bien que transparent dans le visible et l’infrarouge.

Désignation des bandes

Comme le rayonnement micro-ondes englobe une gamme de longueurs d’onde/fréquences aussi large, il est subdivisé en désignations de bandes radar IEEE, OTAN, UE ou autres :

Désignation de la bande
Fréquence
Longueur d’onde
Utilise

Bande L
1 à 2 GHz
15 à 30 cm
radioamateur, téléphones mobiles, GPS, télémétrie

Bande S
2 à 4 GHz
7,5 à 15 cm
radioastronomie, radar météorologique, fours à micro-ondes, Bluetooth, certains satellites de communication, radio amateur, téléphones portables

Bande C
4 à 8 GHz
3,75 à 7,5 cm
radio longue distance

Bande X
8 à 12 GHz
25 à 37,5 mm
communications par satellite, large bande terrestre, communications spatiales, radioamateur, spectroscopie

Bande Ku
12 à 18 GHz
16,7 à 25 mm
communications par satellite, spectroscopie

Bande K
18 à 26,5 GHz
11,3 à 16,7 mm
communications par satellite, spectroscopie, radar automobile, astronomie

Groupe Ka
26,5 à 40 GHz
5,0 à 11,3 mm
communications par satellite, spectroscopie

Bande Q
33 à 50 GHz
6,0 à 9,0 mm
radar automobile, spectroscopie moléculaire rotative, communication terrestre par micro-ondes, radioastronomie, communications par satellite

Bande U
40 à 60 GHz
5,0 à 7,5 mm

Bande V
50 à 75 GHz
4,0 à 6,0 mm
spectroscopie moléculaire rotative, recherche sur les ondes millimétriques

Bande W
75 à 100 GHz
2,7 à 4,0 mm
ciblage et suivi radar, radar automobile, communication par satellite

Bande F
90 à 140 GHz
2,1 à 3,3 mm
SHF, radioastronomie, la plupart des radars, télévision par satellite, réseau local sans fil

Bande D
110 à 170 GHz
1,8 à 2,7 mm
EHF, relais à micro-ondes, armes à énergie, scanners à ondes millimétriques, télédétection, radioamateur, radioastronomie

Utilise

Les micro-ondes sont principalement utilisées pour les communications, notamment pour les transmissions analogiques et numériques de la voix, des données et de la vidéo. Elles sont également utilisées pour les radars (RAdio Detection and Ranging) pour le suivi météorologique, les radars de vitesse et le contrôle du trafic aérien. Les radiotélescopes utilisent de grandes antennes paraboliques pour déterminer les distances, cartographier les surfaces et étudier les signatures radio des planètes, des nébuleuses, des étoiles et des galaxies. Les micro-ondes sont utilisées pour transmettre de l’énergie thermique afin de chauffer des aliments et d’autres matériaux.

Sources

Le rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques est une source naturelle de micro-ondes. Ce rayonnement est étudié pour aider les scientifiques à comprendre le Big Bang. Les étoiles, y compris le Soleil, sont des sources naturelles de micro-ondes. Dans de bonnes conditions, les atomes et les molécules peuvent émettre des micro-ondes. Les sources de micro-ondes artificielles comprennent les fours à micro-ondes, les masers, les circuits, les tours de transmission des communications et les radars.

On peut utiliser soit des dispositifs à l’état solide, soit des tubes à vide spéciaux pour produire des micro-ondes. Les masers (essentiellement des lasers dont la lumière est dans la gamme des micro-ondes), les diodes Gunn, les transistors à effet de champ et les diodes IMPATT sont des exemples de dispositifs à semi-conducteurs. Les générateurs à tubes à vide utilisent les champs électromagnétiques pour diriger les électrons en mode de modulation de densité, où des groupes d’électrons traversent le dispositif plutôt qu’un flux. Ces dispositifs comprennent le klystron, le gyrotron et le magnétron.

Effets sur la santé

Le rayonnement micro-ondes est appelé « rayonnement » parce qu’il rayonne vers l’extérieur et non parce qu’il est radioactif ou ionisant dans la nature. Les faibles niveaux de rayonnement micro-ondes ne sont pas connus pour produire des effets néfastes sur la santé. Cependant, certaines études indiquent qu’une exposition à long terme peut agir comme un carcinogène.

L’exposition aux micro-ondes peut provoquer des cataractes, car le chauffage diélectrique dénature les protéines du cristallin de l’œil, le rendant laiteux. Si tous les tissus sont susceptibles de s’échauffer, l’œil est particulièrement vulnérable car il n’a pas de vaisseaux sanguins pour moduler la température. Le rayonnement des micro-ondes est associé à l’effet auditif des micro-ondes, dans lequel l’exposition aux micro-ondes produit des bourdonnements et des clics. Ce phénomène est causé par la dilatation thermique de l’oreille interne.

Les brûlures par micro-ondes peuvent se produire dans les tissus plus profonds, et pas seulement à la surface, car les micro-ondes sont plus facilement absorbées par les tissus qui contiennent beaucoup d’eau. Cependant, des niveaux d’exposition plus faibles produisent de la chaleur sans brûler. Cet effet peut être utilisé à des fins diverses. L’armée américaine utilise des ondes millimétriques pour repousser les personnes ciblées par une chaleur inconfortable. Autre exemple, en 1955, James Lovelock a réanimé des rats congelés en utilisant la diathermie par micro-ondes.

Référence

• Andjus, R.K. ; Lovelock, J.E. (1955). « Réanimation de rats dont la température corporelle est comprise entre 0 et 1 °C par diathermie à micro-ondes ». The Journal of Physiology. 128 (3) : 541–546.