Série #ThanksPhysics : Le rayonnement illumine le monde moderne

Le mot rayonnement peut avoir tendance à évoquer des choses terribles comme des retombées radioactives ou le monstre Godzilla (qui est quand même intervenu de manière opportune contre King Ghidorah).

Les perceptions négatives concernant le rayonnement résultent en partie d’une suite de films où des rayonnements étaient responsables de toutes sortes d’horreurs, du lézard géant mentionné plus haut aux zombies affamés de cerveaux de George A. Romero. Si l’on en croit certains films des années 1950 et 1960, un rayonnement ne peut être qu’horrible.

En vérité, les bienfaits des rayonnements dépassent de loin leurs dangers (ce qui n’est pas le cas des zombies, espérons-nous).

Mais d’abord, qu’est-ce qu’un rayonnement? Le mot rayonnement désigne la transmission d’énergie dans l’espace, sous forme d’ondes ou de particules. Cela comprend le rayonnement électromagnétique (des rayons gamma aux ondes radio), le rayonnement acoustique comme le son, le rayonnement corpusculaire et le rayonnement gravitationnel, ces derniers étant plus familiers aux passionnés de sciences.

Les rayonnements électromagnétiques ont été détectés pour la première fois au début du XIX^e siècle, avec la découverte des rayons infrarouges et ultraviolets. Quelques décennies plus tard, James Clerk Maxwell a produit une série d’équations expliquant le fonctionnement du spectre du rayonnement électromagnétique — qui avait jusqu’alors été observé mais non expliqué. Avec ces nouvelles connaissances, les scientifiques ont prédit, produit et détecté des rayonnements dans tout le spectre électromagnétique, notamment les rayons X, les micro-ondes et les ondes radio.

À peu près à la même époque, Henri Becquerel a découvert la radioactivité (terme créé par Marie Curie) alors qu’il travaillait sur des matériaux phosphorescents. La radioactivité — émission de particules ou de rayonnement par un noyau atomique instable — a ouvert des avenues entièrement nouvelles d’exploration de la nature.

Nous connaissons depuis des siècles des rayonnements sous diverses formes, mais encore aujourd’hui nous trouvons de nouvelles manières de les utiliser. La leçon à en tirer : la physique peut prendre son temps, mais ça vaut sûrement la peine d’attendre.

Voici quelques manières dont des rayonnements nous facilitent la vie.

Que la lumière soit

La lumière du Soleil est un rayonnement. Donc, sans rayonnement, nous n’existerions tout simplement pas. De plus, la lumière artificielle sous toutes ses formes découle de découvertes en physique réalisées au début du XIX^e siècle. Des lampes à incandescence aux écrans de télévision, la lumière brille dans nos vies grâce à notre capacité de comprendre et d’exploiter le rayonnement.

Communication

Toutes les communications aériennes sont possibles grâce à notre compréhension du rayonnement. Cela englobe la radio, le téléphone cellulaire, les appareils Bluetooth, la télévision avec antenne ou par satellite, et bien d’autres dispositifs. Essentiellement, si un appareil communique avec un autre, c’est que nous avons compris comment le rayonnement permet cette communication.

          Un film de RKO Radio Pictures

Radiographie médicale

Depuis un siècle, cette technique a sauvé de nombreuses vies et permis de traiter d’innombrables blessures. Si vous avez eu une fracture ou que vous vous êtes fait réparer une dent cariée, vous avez probablement bénéficié de la radiographie. Les autres techniques d’imagerie médicale, comme l’échographie et l’imagerie par résonance magnétique, sont aussi des applications de découvertes réalisées par des physiciens à propos du rayonnement.

          Mon pouce a dû couvrir le crayon chaque fois.

Traitement du cancer

Environ la moitié de tous les traitements du cancer comprennent au moins une série de séances de radiothérapie. Cette technique médicale fait appel à un rayonnement de haute énergie pour rétrécir des tumeurs et tuer des cellules cancéreuses, sauvant du même coup des millions de vies dans le monde. Note patriotique : cette technique est une innovation canadienne!

          Fantastique!

Micro-ondes

Les fours à micro-ondes sont bien commodes. Vous voulez du maïs soufflé? Appuyez sur un bouton, et c’est fait en 2 minutes. Vous avez des restes? Faites-les réchauffer! Vous voulez voir du papier aluminium prendre en feu? C’est une blague, ne faites pas ça. Les fours à micro-ondes utilisent un rayonnement d’une fréquence précise pour agiter les molécules des aliments. En vibrant, ces molécules produisent de la chaleur qui chauffe les aliments. Voici une anecdote de physique à raconter dans une réception : le four à micro-ondes a été inventé par accident dans les années 1940 par des scientifiques qui construisaient un puissant magnétron. Le physicien Percy Spencer a remarqué qu’une tablette de chocolat située à proximité avait fondu. Il a ensuite essayé de faire cuire un œuf (celui-ci a explosé) et du maïs soufflé. Il a fait breveter le four à micro-ondes en 1945, et la suite est une succession de délices.

Désinfection

Vous aimez avoir des aliments propres? Nous aussi. Certains types de rayonnement, par exemple les rayons X et la lumière ultraviolette, tuent les germes sans endommager la nourriture ainsi désinfectée. Lorsqu’elle est traitée avec ce type de rayonnement — qui, soit dit en passant, ne rend pas la nourriture radioactive —, la nourriture en ressort plus propre, prend plus de temps à se dégrader et ne requiert plus de produits chimiques toxiques. Nous utilisons aussi la lumière ultraviolette pour désinfecter l’eau potable. Le rayonnement aide donc à rester en santé. Le pionnier de ce domaine est Niels Ryberg Finsen, qui a remporté en 1903 un prix Nobel pour « sa contribution au traitement de maladies […] à l’aide de rayons de lumière concentrés ».

          Voilà enfin une eau propre!

Énergie

Les réacteurs nucléaires utilisent le processus de fission (fractionnement d’un noyau atomique en composantes plus petites) pour chauffer de l’eau afin de créer de la vapeur. Celle-ci fait tourner d’imposantes turbines qui donnent de l’électricité. Ce processus crée des déchets nucléaires, mais il produit aussi d’énormes quantités d’énergie sans émettre de gaz carbonique. Il joue donc un rôle important dans les efforts de production d’énergie verte. La fission nucléaire a été découverte par les physiciens Otto Hahn et Fritz Strassmann en 1938, puis expliquée sur le plan théorique l’année suivante par Lise Meitner et Otto Frisch.

          Centrale nucléaire de Springfield

Divertissement

Notre compréhension du fonctionnement de la lumière a permis l’avènement de nombreux dispositifs, dont les projecteurs, la télévision et les ordinateurs. Mais en plus de susciter des exploits technologiques, le rayonnement a aussi été source d’inspiration de nombreuses histoires célèbres (même si elles font paraître le rayonnement bien plus effrayant qu’il ne l’est en réalité). Spider-Man a été mordu par une araignée radioactive. L’Incroyable Hulk et les Quatre Fantastiques ont été exposés à des rayonnements. Le rayonnement a marqué les films d’horreur et de monstres des années 1950 et 1960, et Homer Simpson travaille dans une centrale nucléaire. D’une manière étrange et détournée, le rayonnement nous a donné beaucoup de bonnes œuvres de fiction.

          ÉPOUSTOUFLANT

Le rayonnement est omniprésent et, grâce à la physique, nous savons comment l’utiliser pour nous faciliter la vie. La prochaine fois que vous allumerez une lampe ou utiliserez votre téléphone mobile, murmurez (si vous n’avez pas la bouche pleine de maïs soufflé) des remerciements à Marie Curie, à James Clerk Maxwell et à de nombreux autres scientifiques qui ont fait preuve de curiosité. Merci la physique!