PHYSIQUE        "3ème PARTIE"

2. - PRODUCTION DU RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE

Le moyen le plus simple et le plus généralement employé pour produire du rayonnement hertzien, est celui qui consiste à passer par l'intermédiaire des courants de haute fréquence. C'est la méthode qui fut utilisée par Hertz dans ses fameuses expériences et c'est encore la méthode employée aujourd'hui dans toutes les stations émettrices.

Dans l'esprit de bien des techniciens, rayonnement et courant de haute fréquence sont devenus synonymes. Pourtant, cette manière de voir n'est guère admissible et la chose apparaît évidente pour peu qu'on veuille bien y réfléchir.

Le courant de haute fréquence n'est pas du rayonnement pas plus qu'un courant téléphonique n'est une vibration sonore. Pour passer d'un état à l'autre, il faut utiliser un transformateur d'énergie qui est, dans le premier cas, un radiateur d'ondes ou antenne d'émission, et dans le second cas, un haut-parleur.

Un circuit électrique peut être le siège d'un courant de haute fréquence très intense sans qu'il y ait trace de rayonnement. Il est donc intéressant de chercher à comprendre comment on peut passer d'un courant de haute fréquence à une énergie rayonnée.

Il faut se garder de vouloir construire un modèle réel de rayonnement. Cela ne pourrait avoir aucun sens. C'est pourtant dans cette erreur qu'on tombe en traçant, comme dans la figure 10, les "composantes" du rayonnement comme deux champs électrique et magnétique orthogonaux (perpendiculaires) de même fréquence et en assimilant cette image à celle du rayonnement.

Il est facile de faire ressortir l'absurdité de cette conception. Tout d'abord, d'après les lois de Coulomb, l'intensité de chacun des champs doit décroître comme le carré de la distance alors que l'intensité de la composante rayonnée dans le vide absolu décroît comme la distance.

D'autre part, en superposant expérimentalement un champ magnétique et un champ électrique, on obtient pas de rayonnement. La force magnétique, comme la force électrique sont deux manifestations absolument indépendantes et qui n'ayant aucune réaction mutuelle.

Il faut donc considérer ces champs comme deux aspects particuliers du rayonnement, aussi différents du rayonnement lui-même qu'un dessin construit à deux dimensions est différent d'un modèle à trois dimensions.

Nous le répétons : il ne faut pas essayer de construire un modèle de rayonnement. Néanmoins, il n'est pas interdit de chercher à comprendre comment l'énergie peut passer de la forme électrique, à la forme rayonnée. Le rayonnement est de l'énergie détachée de son support de matière. Il s'agit d'expliquer comment un tel détachement peut se produire.

Imaginons qu'un électron, primitivement au repos, se mettre à se mouvoir. En d'autres termes, le conducteur qui le guide est le siège d'un courant électrique. Le résultat, nous le savons, c'est qu'un champ magnétique va se développer tout autour du conducteur.

On a cru longtemps que ce champ magnétique envahissait brusquement tout l'espace. Or, on sait, depuis EINSTEIN, qu'il ne peut pas y avoir d'action instantanée. Tous les phénomènes pouvant servir de signaux, quels qu'ils soient, se propagent avec une vitesse déterminée, dont le maximum possible est la vitesse de la lumière. C'est effectivement à la vitesse de cette dernière (300 000 km / s) que se propagent les champs magnétique et électrique. En conséquence, le champ magnétique envahira de proche en proche tout l'espace. Il apparaîtra au point P avant d'apparaître au point P' (figure 11).

Quand nous aurons atteint un régime stationnaire, le champ au point P, comme au point P' sera constant et ne dépendra que de la vitesse de l'électron et de la distance "d" qui sépare le point considéré du conducteur.

Au moment où le courant cesse de circuler, le champ magnétique disparaît mais, en temps normal, l'énergie totale qu'il représente apparaît sous forme d'un extra-courant ou d'une tension dite de self-induction. C'est ainsi que, lorsque l'on coupe certains circuits électriques, on voit apparaître une étincelle de rupture.

On peut imaginer assez facilement le phénomène de la self-induction au moment de la coupure du courant. Les lignes de force (lignes imaginaires) se replient progressivement autour de l'électron "e" et, en balayant le conducteur, alimentent la tension de self-induction. Les manifestations seront d'autant plus frappantes que l'énergie emmagasinée dans le champ magnétique apparaîtra en un temps plus réduit.

Mais supposons que le mouvement de l'électron puisse être brusquement arrêté. Que deviendrait l'énergie emmagasinée dans le champ magnétique ? Il lui serait alors impossible de se manifester dans le circuit puisque nous supposons que l'électron est immobilisé. Cet artifice nous permet, en quelque sorte, de détacher complètement l'énergie du champ magnétique de son support matériel. Elle apparaît alors sous forme de rayonnement.

Lorsque nous coupons brusquement un circuit électrique, nous faisons apparaître une étincelle de rupture mais, en même temps, nous créons une onde électromagnétique. L'expérience nous apprend que la simple rupture d'un circuit d'éclairage au voisinage d'un récepteur radio produit un bruit perturbateur. Plus la rupture est brusque et plus la composante rayonnée est relativement importante.

Cela s'explique. Si la rupture est relativement lente, la période de cessation du courant dure assez longtemps, grâce à l'étincelle de rupture, pour que la plus grande partie des lignes de force puisse revenir actionner l'électron avant qu'il ne soit contraint à l'arrêt absolu. Ainsi, le champ magnétique correspondant au point P aura le temps de revenir en "e", alors que celui de P' pourra rester dans l'espace (figure 11). L'avantage d'un arrêt brutal nous apparaît ainsi beaucoup mieux car l'intensité du champ magnétique est inversement proportionnelle au carré de la distance.

Reprenons notre supposition précédente : un électron est au repos dans un conducteur. Pour produire une composante rayonnée d'intensité maximale, il faut :

1) Communiquer à l'électron avec la plus grande rapidité, une vitesse aussi élevée que possible.

Puisque l'électron est supposé parti d'une vitesse nulle, on traduira ce qui précède sous une autre forme, en disant qu'il faut communiquer à l'électron une accélération aussi grande que possible.

2) Après quoi, il faut l'arrêter dans le minimum de temps, c'est-à-dire lui communiquer une accélération négative aussi élevée que possible en valeur absolue.

Dès que l'électron sera arrêté, la composante rayonnée sera lancée dans l'espace. Les conditions seront les mêmes qu'au début et tout pourra recommencer.

Pour obtenir du rayonnement d'une manière continuelle, nous serons donc amené à lancer notre électron, à l'arrêter, puis à recommencer. Le résultat sera exactement le même si, au lieu de faire progresser l'électron toujours dans le même sens, nous le lançons alternativement dans un sens, puis dans l'autre.

Mais lorsque les électrons d'un conducteur partent alternativement dans un sens, puis dans l'autre, en conservant toujours la même position moyenne, on convient de dire que le conducteur est le siège d'un courant alternatif. Pour obtenir du rayonnement, il faut créer du courant alternatif.

L'intensité de courant dans un conducteur représente la quantité d'électricité, c'est-à-dire le nombre d'électrons qui traverse une section en une seconde. On conçoit, d'après cela que le conducteur de la figure 10, cette intensité sera proportionnelle à l'amplitude du déplacement de notre électron supposé unique. Comme il s'agit d'un courant alternatif, nous serons amenés à considérer l'amplitude maximale de l'oscillation (correspondant à l'intensité maximale).