L'onde électromagnétique est un modèle utilisé pour représenter les rayonnements électromagnétiques. Elle est associée à la notion de photon.

     Il convient de bien distinguer :

• le rayonnement électromagnétique, qui est le phénomène étudié, et

• l'onde électromagnétique, qui est une des représentations du phénomène.

     Une onde lumineuse est une onde électromagnétique dont la longueur d'onde correspond au spectre visible, soit entre les longueurs d'onde 380 et 780 nm, ce qui correspond aux énergies de photon entre 1.5 à 3 eV.

     Comme toutes les ondes, une onde électromagnétique peut s'analyser en utilisant l'analyse spectrale; on peut décomposer l'onde en ondes dites monochromatiques.

onde électromagnétique : oscillation couplée du champ électrique
et du champ magnétique, modèle du dipôle vibrant
Le trièdre ( , , ) doit être direct

      Une onde électromagnétique monochromatique peut se modéliser par un dipôle électrostatique vibrant, ce modèle reflétant convenablement, par exemple, les oscillations du nuage électronique d'un atome intervenant dans la diffusion Rayleigh (modèle de l'électron élastiquement lié).

      Les variations des champs électrique et magnétique sont liées par les équations de Maxwell, on peut donc représenter l'onde par un seul de ces champs, en général le champ électrique. On peut alors écrire l'équation générale d'une onde plane monochromatique :

• ω   est la pulsation et vaut 2 π c / λ

•    est le vecteur position du point considéré

•    est le vecteur d'onde dont la norme vaut 2 π / λ,    λ  étant la longueur d'onde

• φ   est la phase à l'origine

On utilise aussi fréquemment la forme complexe :

     On obtiendra alors les grandeurs physiques, réelles, en prenant la partie réelle de cette forme complexe.

Polarisation

     La polarisation correspond à la direction et à l'amplitude du champ électrique . Pour une onde non polarisée, ou naturelle, le champ électrique tourne autour de l'axe de propagation de façon aléatoire et imprévisible au cours du temps. Polariser une onde correspond à donner une trajectoire définie au champ électrique. Il y a plusieurs sortes de polarisation:

• La polarisation linéaire quand le champ électrique reste toujours dans le même plan.

• La polarisation circulaire. Une onde est polarisée circulairement si l'extrémité de son vecteur champ électrique décrit, au cours du temps, un cercle dans le plan d'onde (,). L'origine du vecteur est au centre du cercle.

• La polarisation elliptique. Une onde est polarisée elliptiquement si l'extrémité de son vecteur champ électrique décrit, au cours du temps, une ellipse dans le plan d'onde (,). L'origine du vecteur est au centre de l'ellipse. La lumière étant dirigée vers l'observateur, l'ellipse est dite gauche lorsqu'elle est décrite dans le sens trigonométrique. Elle est dite droite dans le cas contraire.

Propagation

     Dans un milieu homogène et isotrope, l'onde électromagnétique se propage en ligne droite. Lors de la rencontre avec un obstacle, il y a diffraction; lors d'un changement de milieu, il y a réflexion et réfraction, il y a aussi réfraction si les propriétés du milieu changent selon l'endroit (hétérogénéité).

Réflexion optique

Lors d'un changement de milieu de propagation, une partie de l'onde électromagnétique repart vers le milieu d'origine, c'est la réflexion.

Le cas le plus connu de la réflexion est le miroir, mais celle-ci concerne également les rayons X (miroir à rayons X) et les ondes radio : Propagation des ondes radio, Réflexion des ondes radio, réflexion sur la ionosphère des ondes mégahertz, antenne parabolique, Earth-Moon-Earth, réflexion sur la Lune…

Réfraction

Lors d'un changement de milieu de propagation, si le second milieu est transparent pour l'onde, celle-ci se propage dans le second milieu mais avec une direction différente. Cela concerne la lumière (lentille optique, mirage), mais aussi les ondes radio (Propagation des ondes radio, Réfraction des ondes radio, réfraction des ondes décamétriques dans la ionosphère).

Diffusion des ondes

Lorsqu'une onde rencontre un atome, elle se diffuse sur celui-ci, elle change de direction. On distingue la diffusion Rayleigh, dite aussi " diffusion électronique ", au cours de laquelle l'onde ne change pas de longueur d'onde, la diffusion Raman qui est une diffusion électronique avec diminution ou augmentation de longueur d'onde, et la diffusion Compton (même principe mais longueur d'onde plus courte) dans le cas des rayons X diffusant sur des atomes légers, au cours de laquelle la longueur d'onde augmente.

Interférences

Comme toutes les ondes, les ondes électromagnétiques peuvent interférer. Dans le cas des radiocommunications, cela provoque un parasitage du signal.

Diffraction

L'interférence avec les ondes diffusées porte le nom de diffraction.