Ondes et signaux

Une onde est la propagation d'une perturbation sans transport de matière. On distingue les ondes mécaniques (son, vagues, séismes), qui nécessitent un milieu matériel, et les ondes électromagnétiques (lumière, radio, rayons X), qui se propagent aussi dans le vide. Une onde est caractérisée par sa fréquence f (en Hz), sa période T = 1/f (en s), sa longueur d'onde λ (en m) et sa célérité v, reliées par la relation fondamentale v = λ × f. Les ondes transversales oscillent perpendiculairement à la direction de propagation (lumière, vagues), tandis que les ondes longitudinales oscillent parallèlement (son). La diffraction se produit lorsqu'une onde rencontre un obstacle ou une ouverture de dimension comparable à sa longueur d'onde : l'onde se courbe et se propage au-delà de l'obstacle. L'angle de diffraction θ est d'autant plus grand que l'ouverture a est petite, selon la relation θ ≈ λ/a. Les interférences résultent de la superposition de deux ondes cohérentes : elles sont constructives lorsque les ondes arrivent en phase (différence de marche δ = kλ) et destructives lorsqu'elles arrivent en opposition de phase (δ = (k + 1/2)λ). L'effet Doppler est la modification de la fréquence perçue d'une onde lorsque la source et l'observateur sont en mouvement relatif : la fréquence augmente quand la source se rapproche (son plus aigu, décalage vers le bleu) et diminue quand elle s'éloigne (son plus grave, décalage vers le rouge). En astrophysique, le redshift des galaxies lointaines a permis à Hubble de démontrer l'expansion de l'Univers. Le spectre électromagnétique s'étend des ondes radio aux rayons gamma, en passant par les micro-ondes, l'infrarouge, le visible, l'ultraviolet et les rayons X.