En fait, il me semble qu'on a peut-être un peu de mal à faire la différence entre un champs magnétique, un champs électrique et une onde électromagnétique...en tout cas, en y réfléchissant, c'est pas forcément très clair pour moi.
Ok, je vais essayer de tout vulgariser. Je vais commencer par expliquer ce qu’est un champ, puis expliquer ce que sont des champs électriques, et magnétiques, pour enfin finir sur ce qu’est une onde électromagnétique.
Notion de champEn physique, on utilise souvent la notion de champ, champ magnétique, champ de Higgs, champ tensoriel, etc…
Un champ F (comme field en anglais) est tout simplement une grandeur (cette grandeur, je ne la définis pas tout de suite, ça peut être un scalaire, un vecteur, un tenseur, etc… je préciserai tous ces termes barbares tout à l’heure), qui a une valeur donnée dans l’espace, et dans le temps.
Exemple champ de température (champ scalaire)Ca veut dire qu’à chaque point de l’espace x, y, z, cette grandeur a une valeur : F(x,y,z). L’exemple le plus simple est par exemple un champ de température. En effet, quand on laisse une lampe à incandescence allumée sur le bureau, la lampe va chauffer une partie du bureau, et laisser froide une autre partie. On peut repérer un point M sur le bureau à partir de ses coordonnées M(x0,y0). On peut mesurer la température au point M : T(x0,y0).
Se donner la température en tout point de cette table, c’est se donner une table reliant M(x,y) et T. On dit alors qu’on a mesuré la température en tout point du bureau, et on peut dire que c’est un champ de température T(x,y).
Ceci étant dit, la température est une grandeur scalaire, ce qui veut dire que la température est caractérisée par un nombre et un seul. Dit autrement, même si on tourne notre référentiel, une température reste invariante (la température ne dépend pas de notre orientation).
L’on peut également se donner un champ qui change en fonction du temps : F(x,y,z,t).
Ceci veut dire que si l’on mesure la valeur de ce champ au point M(x0,y0,z0) à 12h, il peut ne pas être le même qu’à 11h.
Pour un champ indépendant du temps, on parlera de champ statique (magétostatique, électrostatique).
Notion de vecteurMaintenant, introduisons le concept de champ de vecteur. Un vecteur est une grandeur qui a 3 composantes, ou dit autrement, un vecteur dépend de :
- sa direction (la droite support)
- le sens (dans quel sens par rapport à la droite, vers la gauche ou vers la droite)
- la longueur
Il existe des grandeurs physiques qui sont des vecteurs :
- la vitesse, elle est caractérisée par une direction (c’est la tangente à la trajectoire), par un sens (vers l’avant ou vers l’arrière), et par une norme (qui est la grandeur affichée sur le tachymètre).
- la force, elle est caractérisée par une direction (la droite passant par l’avant-bras quand quelqu’un tire sur une corde par exemple), un sens (la personne tire ou pousse ?), et une intensité (la personne c’est Popeye qui tire très fort, ou bien c’est Olive ?)
Donc on peut relire la partie sur le champ, un champ de vecteur est une grandeur V qui a 3 composantes, que l’on a définie en tout point de l’espace à tout instant V(x,y,z,t)
Champ électriqueOn sait qu’une particule chargée subit une force dans un champ électrique. Cette force dépend de la charge de la particule. Plutôt que d’écrire quelque chose qui dépend de la particule subissant la force, les physiciens aiment introduire quelque chose qui n’en dépend pas. C’est pourquoi ils ont introduit la notion de champ électrique. Un champ électrique E est donc la quantité qui permet de savoir quelle force serait appliquée à une particule P, placée en un point M(x0,y0,z0) :
F = q E(x0,y0,z0,t)
On connaît la loi de Coulomb, qui dit qu’une partie de charge Q est source d’un champ électrostatique :
E = kQ/r²
Q est la charge électrique en Coulomb (unité SI), r la distance à la charge, et k une constante (1/4pi epsilon0 avec epsilon0 permittivité diélectrique du vide).
Champ MagnétiqueUn champ magnétique est un champ de vecteur (qui a donc 3 composantes en un point donné). La force que subit une particule dépend de sa vitesse et de sa charge :
F = q v x B(x0,y0,z0,t)
(le « x » est un produit vectoriel, je ne m’étends pas plus dans les détails techniques).
Source d’un champ électrique dans le cas statiqueComme vu précédemment la source d’un champ électrique est une charge électrique. En général, les physiciens utilisent la loi de Coulomb, ou bien le théorème de Gauss pour calculer un champ.
(ça veut dire qu’étant donné une distribution de charges électriques, on arrive au champ électrique générés par ces charges via le théorème de Gauss, ou en d’autres termes par l’équation de Maxwell-Gauss).
Source d’un champ magnétique dans le cas statiqueLa source d’un champ magnétique est un courant électrique (d’ailleurs c’est de cette façon qu’est défini l’Ampère). Etant donné une distribution de courant, on sait calculer le champ magnétique engendré via la loi de Biot et Savart (pas besoin de rentrer dans les détails).
Equations de MaxwellIl se trouve qu’en 1863 (environ), James Clerck Maxwell a synthétisé ce que l’on connaît (principalement, les expériences de Michael Faraday) sous la forme de 4 équations vectorielles. Ces 4 équations résument tout ce que l’on sait de l’électricité, du magnétisme, et montrent que c’est la même chose, électricité et magnétisme est une et même entité.
Dans ces équations, il y en a 2 où sont présents le champs électriques et magnétiques (on dit qu’ils sont couplés). Ce que l’on comprend, c’est que :
- un champ magnétique variable engendre un champ électrique
- un champ électrique variable engendre un champ magnétique
Maxwell a pu résoudre ses équations dans le vide (sans charge et sans courant). Cette solution a la forme d’une onde progressive (en terme technique, le D’Alembertien du champ électrique, et le D’Alembertien du champ magnétique sont nuls).
En effet, il a montré que le champ électrique et le champ magnétique sont orthogonaux. De plus ils sont orthogonaux à la direction de propagation (plus techniquement on parle d’ondes transversales), cf. figure suivante :
Il a montré que ces ondes se propageaient à une vitesse, dont le carré vaut : 1/ (epsilon0 x mu0)
Où epsilon0 est la permittivité diélectrique du vide, et µ0 est la perméabilité magnétique du vide.
Il a trouvé une valeur, qui est : 300 000 km/s, donc la lumière est une onde électromagnétique.
La lumière, constituée de photons, est une onde électromagnétique c'est bien ça ? Mais est-ce que ça veut dire que les photos sont chargés électriquement ? Il me semble que la réponse est non...alors pourquoi parle-t-on d'onde électromagnétique ?
Si on introduit de la mécanique quantique, on montre qu’on ne peut diminuer infiniment l’intensité d’un faisceau de lumière, à un moment il reste un grain de lumière, qui transporte une perturbation du champ électrique et magnétique.
En d'autres termes, il n'est pas possible de diminuer à l'infini une perturbation électrique et magnétique, à un moment on se heurte au photon qui est le quantum du champ électromagnétique.
Une onde électromagnétique ne transporte pas de charge, cependant, elle transporte une perturbation du champ électromagnétique.
Planète Astronomie http://www.planete-astronomie.com & http://www.planete-astronomie.eu
Astroquiz de Planète Astronomie http://astroquiz.planete-astronomie.com 
Merci Martins pour ce tableau. 
