« Effets des rayonnements électromagnétiques sur le vivant/Conclusion » : différence entre les versions

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Comme nous l'avons vu tout au long de ce dossier, traiter des rayonnements électromagnétiques dans leur ensemble est une tâche extrêmement complexe qui nous a amené à faire des choix et à ne pas tous les traiter ; nous avons donc omis le rayonnement visible, l'infrarouge... Les rayonnements électromagnétiques, qu'ils soient d'origine naturelle ou pas, sont omniprésents dans notre environnement. De par leur extrême diversité, ils ont des effets qui sont tantôt positifs, tantôt néfastes. Leurs effets sont bien sûr une question de dose et de durée d'exposition, comme nous l'avons vu pour les ultraviolets. Vitaux, les rayonnements électromagnétiques permettent la synthèse de la vitamine D, la photosynthèse ou encore le diagnostique de fractures, ils peuvent aussi s'avérer dangereux en interagissant avec l'ADN ou encore en provoquant le vieillissement de la peau.
== Annexe 1 : Expérience des fentes de Young<ref>''Thomas Young'' (1773-1829), est un physicien, médecin et égyptologue britannique. </ref> ==
 
Aujourd'hui encore, les effets de certains rayonnements sont mal connus ou peu étudiés, suscitant de nombreux débats et polémiques, c'est le cas notamment des rayons X et des micro-ondes. Dans ce cas, le principe de précaution devrait prévaloir.
Thomas Young a mis en évidence en 1801 la nature ondulatoire du rayonnement électromagnétique en montrant une ''interférence'' entre deux faisceaux lumineux. Or l'interférence est un phénomène caractéristique d'une onde.
 
=== Interférence ===
 
Une interférence se produit lorsque deux ondes se rencontrent et se « mélangent », ce qui signifie que les ondes vont s'additionner (cf Fig.8 et 9). Les interférences varient suivant la fréquence de l'onde et leur déphasage l'une par rapport à l'autre. Ainsi, en faisant varier le déphasage des ondes, on peut obtenir toutes sortes d'interférences.
 
=== Expérience<ref>Une expérience interactive est disponible à l'adresse http://vsg.quasihome.com/interf.htm</ref> ===
 
[[Image:Double_slit_simulated.jpg|thumb|left|Fig. 38 : Résultat observé.]]
[[Image:Supposé.svg|thumb|right|Fig. 39 : Résultat supposé de l'expérience de Young]]
[[Image:Répartition_théorique_photons.svg|thumb|right|Fig. 40 : Répartition théorique des photons]]
 
On place devant une source lumineuse une plaque percée de deux fines fentes très rapprochées et on observe la projection lumineuse sur un écran (cf Fig. 41). En passant à travers les fentes, le faisceau est diffracté, c'est-à-dire dispersé. On pourrait penser que l'on obtiendra un dégradé (cf Fig.39 et 40) car les deux faisceaux se superposent, donc la zone est plus lumineuse. C'est ce que propose un modèle corpusculaire du rayonnement, car la densité des grains de matière augmente vers le centre, la zone est plus Or, on constate une alternance de bandes claires et sombres (cf Fig. 38), ce qui est contraire à nos hypothèses.
 
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=== Interprétation ===
 
[[Image:Young_interpretation.png|thumb|center|650px |Fig. 41 : Interprétation de l'expérience de Young]]
La théorie des grains de lumière ne permet pas d'expliquer les résultats observés (cf Fig. 14 et 12). Cependant, Young a supposé que la lumière était une onde, L'alternance de bandes claires et sombres étant le résultat d'interférence entre les deux faisceaux. L'addition et le léger déphasage des ondes provoque les zones d'ombres et les zones claires (cf Fig. 15).
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== Annexe 2 : La vision ==
 
[[Image:Coupe_oeil.jpg|thumb|right|350px |Fig. 42 : Vue en coupe d'un oeil humain, les récepteurs photosensibles sont situés au fond, au niveau de la rétine]]
Certains êtres vivants sont capables de percevoir une certaine gamme de rayonnements électromagnétiques. L'être humain est sensible aux rayonnements infrarouge par le biais de la peau qui la détecte comme de la chaleur. Mais, grâce à nos yeux, nous sommes aussi sensibles à des rayonnements que l'on appelle des rayonnements visibles. Ce mécanisme est rendu possible grâce aux cellules qui tapissent le fond de notre œil<ref>C'est à dire la rétine</ref>. Lorsqu'elles reçoivent un rayonnement visible, elles transmettent l'information au cerveau qui l'interpréte et reconstitue l'image. Nous sommes dotés de deux types de cellules dans notre œil : les bâtonnets qui sont sensibles à l'intensité des rayonnements. Par leur nombre très élevé, ils permettent de voir la nuit, mais seulement en nuances de gris et les cônes qui permettent de voir la couleur et qui sont subdivisées en trois types, un type sensible à la couleur rouge, un type sensible à la couleur verte et un troisièmes type sensible à la couleur bleue<ref>Lorsque, suite à une anomalie génétique, un type de récepteur n'est pas présent, le malade est daltonien et ne voit pas la couleur correspondant au type de récepteur, mais aussi tous ses composés que le cerveau aurait reconstitué grâce à un processus de synthèse colorée.</ref>. Grâce aux informations recueillies par ces quatre types de récepteurs, le cerveau reconstitue l'image vue par nos yeux. Quant aux autres rayonnements électromagnétiques, ils ont beau atteindre les cellules photosensibles de la rétine, les cellules ne réagissent pas à ce stimulus, nous ne les voyons tous simplement donc pas. Pour cela, il faudrait que nous soyons dotés d'un autre type de récepteur.
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== Annexe 3 : Polarisation d'une onde ==
 
[[Image:Onde_electromagnétique.png|thumb|right|350px |Fig. 43 : Onde polarisée, le champ électrique et le champ magnétique restent dans le même plan. Si les champs électriques et magnétiques tournaient – s'enroulaient – sur eux même, l'onde serait incohérente]]
De manière simplifiée, lorsqu'une onde électromagnétique se propage, il est possible que le champ électrique de l'onde -ainsi que son champ magnétique- s'enroulent autour d'eux-même de manière aléatoire. Quand ce phénomène se produit, on dit que l'onde n'est pas ''polarisée'', on dit aussi incohérente. À l'inverse, quand l'onde est dite ''polarisée'', cela signifie que le champ électrique -et donc le champ magnétique- se propagent toujours dans le même plan.
 
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== Annexe 4 : Expérience de l'effet photoélectrique ==
 
Il a été découvert en 1887 par Heinrich Rudolf Hertz<ref>''Heinrich Rudolf Hertz'' (1857 - 1894), était un ingénieur et physicien allemand. Hertz mit en évidence en 1887 l'existence des ondes électromagnétiques imaginées par James Maxwell en 1873. L'unité de fréquence usuelle porte son nom : le Hertz (symbole Hz)</ref>. Dans l'expérience de l'effet photoélectrique, on constate que lorsqu 'on éclaire une plaque métallique à l'aide de rayonnements d'énergie élevée, des électrons sont arrachés de celle-ci. La quantité d'électrons dépend de l'énergie du rayonnement, avec cependant un effet de seuil<ref>C'est à dire qu'il n'y a pas d'effets lorsque les rayonnements ont une énergie inférieure à un certain seuil.</ref>. Les physiciens de l'époque constatent que le niveau de seuil ne dépend que de la nature du matériau.
 
=== Expérience originelle ===
 
A l'origine, Hertz a découvert l'effet en exposant une plaque de zinc fraîchement polie chargée négativement. Il constate que cette plaque perd sa charge négative lorsqu'elle est exposée à une lumière monochromatique de la fréquence des ultraviolets.
 
=== Interprétation ===
 
[[Image:Effet_photoelectrique.png|thumb|right|300px |Fig. 44 : Éjection des électrons d'une plaque métallique par des rayonnements énergétique.]]
Si on considère les ultraviolets comme des ondes, les ondes apportant progressivement l'énergie aux atomes, il suffirait d'éclairer le métal pendant une longue durée pour que le phénomène se produise. Or, on constate le phénomène à partir du moment où l'on expose la plaque, ce qui contredit le modèle ondulatoire. Ce n'est qu'en 1905 qu'Albert Einstein arrive à expliquer le phénomène<ref>Il recevra d'ailleurs le prix Nobel de physique pour cette découverte. Ce sera d'ailleurs son seul prix Nobel.</ref>. Il affirme –théorie révolutionnaire pour l'époque– que les rayonnements ne sont pas des ondes mais des corpuscules, c'est-à-dire de minuscules grains d'énergie. Ainsi, ce sont ces grains de matière qui, propulsés à la vitesse de 300000km.s<sup>-1</sup>, vont venir arracher des électrons à la plaque métallique. Plus le grain de matière –appelé ''photon''– aura d'énergie, plus il pourra arracher d'électrons sur une plaque ayant un seuil d'énergie élevé. Pour vulgariser, on pourrait dire qu'on laisse tomber une boule –un photon- d'une hauteur définie –sa vitesse ''c''– et d'un diamètre donné –son énergie- dans un récipient rempli de balles –la plaque métallique-. On aura beau lancer autant de boules de petit diamètre que l'on veut, on ne provoquera que peu de mouvement ; on retrouve l'effet de seuil. Par contre, lorsqu'on lance une boule d'un diamètre suffisant, on peut éjecter une ou plusieurs balle du récipient ; l'intensité du phénomène dépend de l'énergie du photon. On notera que si l'on change la taille des balles du récipient, en les remplaçant par exemple par des balles, des cubes ou simplement en changeant la masse de ces solide, on obtiendra des résultats différents ; l'intensité de l'effet dépend du type de balle du récipient –d'atome de la plaque-.
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== Annexe 5 : Expérience sur les interactions des ultraviolets avec l'ADN ==
 
Bien que nous ayons raté notre expérience à cause de la manifestation étudiante dans notre lycée, nos résultats étant inexploitables, nous vous proposons tout de même le protocole établi et les résultats que l’on aurait du obtenir. Cette expérience vise à montrer que les ultraviolets provoquent des mutations sur la séquence génétique des levures, -c'est-à-dire que ce sont des agents mutagènes-.
 
=== Matériel utilisé : ===
 
* 5 boîtes de pétri avec de la gélose,
* Une culture de levures rouge,
* Une lampe à alcool pour stériliser l'espace et les instruments
* Masques, blouse, pinces,
* Lampe à ultraviolets.
 
=== Protocole établi : ===
 
Nous avons ensemencé les levures dans 5 boites de pétri. Prenant bien soin d’être rapide et de laisser le milieu stérile grâce à la flamme, nous avons ensuite fermé chaque boîte et les avons numéroté avec le temps d’exposition à la lumière ultraviolette prévu. Soit 0 secondes pour la boîte témoin, 15 pour la boîte 2, 30 pour la boîte 3, 60 pour la boîte 4 et 120 secondes pour la boîte 5. Puis nous avons exposé chaque boîte en fonction du temps établi aux rayons ultraviolets
 
=== Résultats : ===
 
[[Image:Levures_résultat.png|thumb|right|300px |Fig. 45 : Schéma du résultat de l'expérience.]]
Suite à l’exposition et au bout d’environ 5 jours d’incubation, nous aurions dû remarquer :
* Concernant la boite témoin (0 sec) les cellules se seraient normalement développées.
* De 15 sec à 120 sec nous aurions remarqué que les colonies de levures rouges se font de plus en plus rare mais il serait apparu des colonie de levures blanches à la place .Cela est normal car une courte durée d'irradiation, donc une faible dose d'ultraviolets peut provoquer une mutation non létale : l'absence de synthèse du pigment rouge.
* Au delà de 2 minutes d’exposition, il y a une irradiation totale et les cellules sont normalement toutes mortes.
 
=== Interprétation : ===
 
Les cellules de levure rouges étant invisibles à l'œil nu, il est nécessaire qu'elles se reproduisent et forment des colonies. Lorsqu'on irradie ces colonies, une majorité de cellules va mourir, mais certaines vont résister ; soit parce qu'elles sont moins exposées (recouvertes), soit parce qu'elles sont mutantes et de ce fait plus résistantes. Ces cellules résistantes vont former une nouvelle colonie en se divisant. Si les mécanismes réparateurs de la cellule ont bien fonctionné, la cellule est soit morte (apoptose), soi réparée. Dans le cas contraire, la cellule mutée va transmettre la mutation à ses descendantes, d'où l'apparition de colonies blanches.
[[Image:Levures_résultats.png|thumb|center|550px |Fig. 46-49 : Résultats de l'expérience.]]
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=== Conclusion : ===
 
Cette expérience nous a permis de constater que des cellules vivantes telles que les levures ne sont pas insensibles aux UV : lorsqu’elles sont exposées aux UV, beaucoup d’entre elles sont mutées ou meurent or, ces levures étant relativement proches des cellules humaines, on peut donc craindre les mêmes effets sur les cellules humaines.
 
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== Annexe 6 : Applications des rayonnements électromagnétiques ==
 
{| class="wikitable" style="text-align:center; width:100%;"
|+ Applications des REM
|-
! scope=col | Onde électromagnétique
! scope=col | Fréquence
! scope=col | Longueur d'onde
! scope=col | Application
|-
! scope=row | Rayons X
|>3000 THz
|<100 nm
|Imagerie médicale
Radiographie
|-
! scope=row | Rayons UV
|750 à 3000 THz
|400 nm à 100 nm
|Banc solaire
|-
! scope=row |Lumière visible
|385 THz à 750 THz
|780 à 400 nm
|Vision humaine, photosynthèse
|-
! scope=row | Infrarouges
|0,3 THz à 385 THz
|1 mm à 780 nm
|Chauffage
|-
! scope=row |Fréquences extrêmement hautes (EHF)
|30 GHz à 300 GHz
|0.01 m à 1 mm
|Radars, communication par satellite
|-
! scope=row | Fréquences superhautes (SHF)
|3 à 30 GHz
|0.1 m à 0.01 m
|Radars, alarmes anti-intrusion
|-
! scope=row | Fréquences ultrahautes (UHF)
|0.3 à 3 GHz
|1 à 0.1 m
|Télévision, radars, téléphones mobiles, fours à micro-ondes, hyperthermie médicale
|-
! scope=row | Très hautes fréquences (VHF)
|30 à 300 MHz
|10 à 1 m
|Télévision, radio FM
|-
! scope=row |Hautes fréquences (HF)
|3 à 30 MHz
|100 à 10 m
|Soudage, collage
|-
! scope=row | Fréquences moyennes (MF)
|0.3 à 3 MHz
|1 km à 100 m
|Radiodiffusion MO-PO, diathermie médicale
|-
! scope=row | Basses fréquences (LF)
|30 à 300 KHz
|10 à 1 km
|Radiodiffusion GO, fours à induction
|-
! scope=row | Très basses fréquences (VLF)
|3 à 30 kHz
|100 Km à 10 km
|Radio-communications
|-
! scope=row | Fréquences audio (VF)
|0.3 à 3 kHz
|1000 Km à 100 km
|Transmission de données vocales, métallurgie, chauffage par induction
|-
! scope=row | Extrêmement basses fréquences (EBF-ELF)
|3 Hz à 300 Hz
|100 000 à 1000 km
|Transport et distribution de l'électricité, électroménager
|-
! scope=row | Champ magnétique terrestre
|0 Hz (continu)
|infinie
|Boussole
|}
 
Source: Duchêne, A., & Joussot-Dubien, J. (2001). Les effets biologiques des rayonnements non ionisants. Médecine-Sciences, Flammarion.
 
[[Image:Conclu_spectre.jpg|thumb|center|700px|Fig. 37 : Tableau récapitulant les effets des rayonnements électromagnétiques sur l'organisme en fonction de leur énergie/fréquence/longueur d'onde.]]
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= Notes et références=
{{Références}}