Grand oral du bac : Sciences et Techniques LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

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.._ ....;; ,_..;, ! Illustration publicitaire datant de 1908, a présentant un appareil radio mis au point par l'Italien Guglielmo Marconi (1874-1937), et vantant les mérites de la télégraphie sans fil.

Ce modèle indiquait la longueur d'onde du signal envoyé.

En retournant le raisonnement dans l'autre sens, cela suggérait que la lumière était une forme d'onde électromagnétique.

L'expérience de Hertz C'est à cette époque riche en découvertes que grandit le jeune Heinrich Rudolf Hertz, né le 27 février 1857 à Hambourg.

Aussi doué en mathématiques qu'il était habile à dessiner et à fa briquer des instrum ents, le jeune Hertz s'orienta très tôt yers une carrière d'ingénieur en construction.

A l'université de Munich, il se découvrit toutefois un penchant pour la science pure.

Remarqué par l'éminent physicien Hermann von Helmholtz (1821-1894) , il ne tarda pas à intégrer l'université de Berlin où il se pen­ cha, dès 1878, à l'âge de 21 ans, sur le problème des courants électriques induits.

Depuis plusieurs décennies déjà, on savait, notamment grâce aux travaux de Michael Faraday (1791-1867), qu'une variation de cou­ rant dans un circuit électrique faisait apparaître un second courant (appelé courant induit) dans tout autre circuit situé à proximité, sans qu'il y ait contact entre les deux ! Afin de visualiser ce phê­ nomène, on dotait le circuit secondaire d'un court espace vide que le courant nouvellement créé était obligé de «sauter>> , dégageant au pas­ sage une étincelle.

Dans un laboratoire plongé dans l'obscurité, on pouvait suivre par étincelles l'apparition et l'évolution d'un courant induit.

Heinrich Rudolf Hertz était un travailleur ......

acharné qui partageait son temps entre études théoriques, recherches de laboratoire et enseignement universitaire.

Le jeune Hertz eut l'intuition qu'une onde invi­ sible devait transiter entre le circuit principal et le circuit secondaire pour y faire naître ce courant induit.

À l'automne 1887, dans la grande salle de l'école technique de Karlsruhe où il enseignait désormais, Hertz mit au point, avec son assistant Julius Amann, une expérience magistrale pour prouver l'existence de ces ondes.

Au fond de la salle plongée dans l'obscurité, il confia à Amann le soin d'opérer un générateur de courant alter­ natif, faisant varier à très haute fréquence un cou­ rant principal dans un circuit.

À quelques mètres de distance, tenant à la main un grand anneau de cuivre en guise de circuit secondaire, Hertz mettait en évidence le courant induit correspon­ dant, étincelles à l'appui.

t.:idée de Hertz fut de supposer que, si c'était bien une onde invisible et d'un nouveau type qui émanait du circuit principal pour atteindre son anneau de cuivre et y déclarer le courant induit, alors on devait pouvoir détecter cette onde par un phénomène d'interférence.

On sait, en effet, que deux trains d'ondes qui se superposent dans l'espace peuvent trahir leur présence en interfé­ rant l'un avec l'autre : si leurs phases se combi­ nent positivement, leur amplitude grandit, alors que dans le cas contraire celle-ci décroît selon le principe bien connu des ondes stationnaires.

Pour obtenir cette interférence dans le cadre de son expérience, Hertz fixa une plaque métallique derrière le générateur de courant qu'opérait Amann : il espérait que parmi les ondes qui éma­ naient du circuit certaines se réfléchiraient sur la plaque comme dans un miroir , et viendraient recouper dans l'espace les ondes directes, non réfléchies.

L'interférence ainsi obtenue devrait alors se manifester sous forme d'ondes station­ naires, à l'amplitude variable dans l'espace.

C'est bien ce que Hertz observa : à certains endroits de la salle, le courant induit était beaucoup plus fort dans l'anneau -grosses étincelles à l'appui -qu'à d'autres endroits où les étincelles étaient, au contraire, à peine perceptibles.

En notant minu­ tieusement les emplacements, Hertz vit se dessiner la figure bien connue d'une onde stationnaire, l'in­ tensité du courant induit variant cycliquement à travers l'espace de la salle avec des " nœuds » et des " ventres » espacés de quelques mètres.

! Poste de télégraphie mobile, vers 1900.

A Les découvertes de Heinrich R.Hertz furent exploitées par les ingénieurs du monde entier : à la télégraphie sans fil succédèrent la radio, puis la télévision.

En ce jour du 15 mars 1888, Heinrich R.Hertz venait ainsi de découvrir l'onde radioélectrique.

Quelques calculs lui apprirent, en outre, qu'elle se déplaçait apparemment à la même vitesse que la lumière, soit, d'après ses estimations, 300000 km/s.

La naissance de la TSF La découverte de Hertz fit grand bruit en Europe.

En Angleterre, elle fut accueillie avec enthou­ siasme par les disciples de James C.Maxwell, les théories de celui-ci trouvant là une éclatante confirmation.

En France, la réaction fut plus miti­ gée, la guerre toute récente avec l'Allemagne sus­ citant une certaine hostilité vis-à-vis des Allemands.

Mais l'excellence des travaux de Hertz, ainsi que ses talents oratoires lui valurent d'être rapidement reconnu à sa juste valeur.

Des problèmes de santé à partir de 1892 l'empêchè­ rent de poursuivre son œuvre: le découvreur des ondes électromagnétiques, nommées ondes " hertziennes » en son honneur , succomba à une septicémie, le 1•• janvier 1894, à 37 ans.

Il ne fallut pas longtemps à ses disciples pour comprendre le parti qu'ils pouvaient tirer des ondes électromagnétiques, notamment comme moyen de télécommunication.

En combinant un anneau à étincelles (l'émetteur), une antenne de réception, et un qétecteur d'ondes mis au point par le Français Edouard Branly (1844-19 40), � l'ingénieur russe Aleksandr Popov (1859-1906) � démontra, en 1895 , la transmission d'un message !!! en morse, par impulsions d'ondes radio entre � deux circuits distants de 250 mètres.

Le premier � message jamais transmis de cette manière fut: � � " Heinrich Hertz », hommage au grand physicien ::E qui avait ouvert l'ère des télécommunications.. »