Introduction
Les rayonnements infrarouges sont une partie du spectre électromagnétique que nous rencontrons quotidiennement, même si nous ne pouvons pas les voir à l'œil nu. Ils sont émis par tous les objets qui ont une température supérieure au zéro absolu, y compris le corps humain. Dans le domaine de la santé, les infrarouges jouent un rôle crucial dans des applications telles que la thermographie médicale, les détecteurs de mouvement et les caméras thermiques. Comprendre comment ces rayonnements fonctionnent et comment ils sont utilisés peut nous aider à mieux appréhender leur importance dans le diagnostic médical et la sécurité.
La problématique que nous allons explorer est la suivante : comment les rayonnements infrarouges, émis par les corps en fonction de leur température, sont-ils utilisés dans des applications pratiques liées à la santé et à la sécurité ? Pour répondre à cette question, nous allons d'abord situer les infrarouges dans le spectre électromagnétique, puis expliquer la relation entre la température d'un corps et le rayonnement qu'il émet à l'aide de la loi de Wien. Enfin, nous examinerons comment le corps humain émet des infrarouges et comment ces rayonnements sont exploités dans divers dispositifs.
Les rayonnements infrarouges dans le spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique regroupe l'ensemble des ondes électromagnétiques classées selon leur longueur d'onde ou leur fréquence. Les rayonnements infrarouges se situent entre les micro-ondes et la lumière visible, avec des longueurs d'onde comprises entre environ 700 nanomètres (nm) et 1 millimètre (mm). Ils sont divisés en trois catégories : infrarouge proche, moyen et lointain, selon leur longueur d'onde.
Les infrarouges sont émis par tous les objets en raison de leur température. Plus un objet est chaud, plus il émet d'énergie sous forme de rayonnement infrarouge. Cette propriété est à la base de nombreuses applications, notamment en thermographie, où l'on utilise des caméras spéciales pour détecter les variations de température à la surface des objets.
À retenir
Les rayonnements infrarouges se situent entre les micro-ondes et la lumière visible dans le spectre électromagnétique. Ils sont émis par tous les objets en fonction de leur température.
La relation entre température et rayonnement : la loi de Wien
La loi de Wien décrit la relation entre la température d'un corps et la longueur d'onde à laquelle il émet le maximum de rayonnement. Selon cette loi, plus un corps est chaud, plus la longueur d'onde du rayonnement maximal qu'il émet est courte. Mathématiquement, cela se traduit par la formule : λ_max = b/T, où λ_max est la longueur d'onde du maximum d'émission, T est la température en kelvins, et b est la constante de Wien, égale à environ 2,898 x 10^-3 m.K.
Par exemple, le corps humain, dont la température moyenne est d'environ 37 °C (ou 310 K), émet principalement des infrarouges de longueur d'onde autour de 9,4 micromètres. Cette émission est invisible à l'œil nu mais peut être détectée par des capteurs infrarouges.
Cette relation est cruciale pour comprendre comment les caméras thermiques fonctionnent. Elles détectent les infrarouges émis par les objets et les transforment en images visibles, permettant ainsi de visualiser les variations de température.
À retenir
La loi de Wien relie la température d'un corps à la longueur d'onde du rayonnement maximal qu'il émet. Plus un corps est chaud, plus cette longueur d'onde est courte.
Le corps humain et les applications des infrarouges
Le corps humain émet naturellement des rayonnements infrarouges en raison de sa température. Ces rayonnements peuvent être captés par des dispositifs tels que les détecteurs de mouvement, les caméras thermiques et les dispositifs de thermographie médicale.
Détecteurs de mouvement
Les détecteurs de mouvement infrarouges passifs (PIR) sont couramment utilisés dans les systèmes de sécurité et d'éclairage automatique. Ils détectent les changements dans le rayonnement infrarouge d'une zone, ce qui indique la présence d'une personne ou d'un animal. Lorsqu'une personne entre dans le champ de détection, le capteur perçoit une variation du rayonnement infrarouge, déclenchant ainsi une alarme ou allumant une lumière.
Thermographie médicale
La thermographie médicale utilise des caméras infrarouges pour détecter les variations de température à la surface de la peau. Cela peut aider à diagnostiquer des inflammations, des infections ou des troubles circulatoires. Par exemple, une zone du corps présentant une température plus élevée que la normale peut indiquer une inflammation ou une infection sous-jacente.
Caméras thermiques
Les caméras thermiques transforment les rayonnements infrarouges en images visibles, permettant de visualiser les différences de température. Elles sont utilisées dans de nombreux domaines, y compris la médecine, pour surveiller la circulation sanguine, détecter des anomalies thermiques ou évaluer l'efficacité de traitements.
À retenir
Le corps humain émet des infrarouges en raison de sa température. Ces rayonnements sont utilisés dans des dispositifs tels que les détecteurs de mouvement, les caméras thermiques et la thermographie médicale pour détecter des variations de température et diagnostiquer des problèmes de santé.
Conclusion
Les rayonnements infrarouges, bien que invisibles à l'œil nu, jouent un rôle essentiel dans notre compréhension et notre interaction avec le monde qui nous entoure. En situant les infrarouges dans le spectre électromagnétique et en expliquant leur relation avec la température à l'aide de la loi de Wien, nous avons vu comment ces rayonnements sont utilisés dans des applications pratiques telles que la thermographie médicale et les détecteurs de mouvement.
Ces technologies ont des implications importantes pour la santé publique, notamment en matière de diagnostic précoce et de surveillance des maladies. Elles illustrent également l'interconnexion entre la physique, la chimie et la biologie, en nous aidant à mieux comprendre le fonctionnement du corps humain et à améliorer notre qualité de vie.