Mots clés : rayonnement ultra-violet - UV, rayonnement infra-rouge, atmosphère, rayonnement électromagnétique, corps noir

Rayons UV et rayons thermiques

Vincent Daniel

Laboratoire de Météorologie Dynamique, Paris

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

20/12/2000

Résumé

Rayonnement thermique d'un corps et effet des UV sur les cellules.


La question

« Les rayons ultraviolets sont-ils, comme les rayons infrarouges, des rayons "thermiques"? »

« Si non, comment expliquer les brûlures provoquées par le Soleil ("coups de Soleil") et le fait qu'on utilise des crèmes solaires filtrant les UV? »

Réponse rapide

Les scientifiques qui étudient la planète Terre appellent "rayonnement thermique" le rayonnement émis par la Terre. Comme il n'y a que des IR, ils parlent d'IR thermique... De la même façon, des astronomes qui s'intéressent au Soleil appelleront "rayonnement thermique" le rayonnement émis par le Soleil. Mais, dans ce cas, ce rayonnement thermique contient (contrairement à la Terre) des UV, du visible et de l'IR... Au sens physique du terme, l'expression "rayonnement thermique" traduit simplement le lien qu'il existe entre température d'un corps et rayonnement émis (loi de Vien, 1893). Ainsi, l'ensemble des rayonnements émis par le soleil (ultraviolet, visible et infrarouge) sont des rayonnements thermiques (émis à la température du soleil, 6000°K). De la même façon, les rayons infra-rouges émis par la Terre sont thermiques mais émis à la température de surface de la Terre (255°K). Les rayons UV solaires sont donc bien des rayons "thermiques", au sens physique du terme. Si l'on emploie le terme thermique au sens biologique, on peut dire que les UV sont thermiques comme les infrarouges, car ils réchauffent la surface de notre organisme. Par contre, étant plus énergétique que les infrarouges, les UV interagissent avec nos molécules organiques constitutives et peuvent causer des dégradations cellulaires (brûlures).

Réponse plus détaillée

Rayonnement électromagnétique et énergie

Tout rayonnement électromagnétique apporte de l'énergie si ces rayonnements sont absorbés par un corps, quelque soit sa longueur d'onde. Un corps "noir" absorbant tous les rayonnements, UV, visible ou IR s'échauffera donc de la même façon s'il reçoit 1W d'UV, 1 W d'IR ou 1W de rayonnement visible.

Mais attention, la qualité de l'énergie change. Chaque photon électromagnétique contient une énergie donné par la formule de Planck:

E = h.c/λ, où λ est la longueur d'onde du photon

Un photon UV (courte longueur d'onde) contient donc beaucoup plus d'énergie qu'un photon IR (grande longueur d'onde). Un watt d'UV est donc véhiculé par beaucoup moins de photons qu'un watt d'IR.

Interaction rayonnement-matière

Du fait de leur énergie spécifique, les photons UV peuvent interagir avec des macromolécules. Là où des rayons IR ne font que chauffer de l'ADN par exemple, les UV chauffent ces molécules, mais en plus la coupent en fragments et la dégradent, d'où les effets mutagènes des rayons UV.

Brûlure solaire ou réchauffement ?

Une brûlure solaire est une dégradation des cellules de la peau. Cette dégradation peut être occasionnée par la chaleur, par des produits chimiques (acides, bases fortes ...) et aussi par des agents spécifiques de dégradations des macromolécules que sont les UV, les rayons X, la radioactivité... Si on reste dans l'eau fraiche, mais au Soleil, notre peau ne s'échauffera pas, mais la dégradation par rayonnement UV aura lieu, d'où brûlure !

Les crèmes arrêtent partiellement les UV. Leur énergie est alors transformée en chaleur, comme l'énergie du rayonnement visible et des IR solaires. Cette chaleur d'origine UV se mélange alors aux autres chaleurs et ne contribue qu'à nous "réchauffer", mais sans causer de dégâts moléculaires, donc sans brûlure au sens thermique.

Liens utiles

Pour comprendre le lien entre température d'un corps et rayonnement émis...(loi du corps noir).

Pour comprendre la différence entre rayonnement terrestre et rayonnement solaire...Lien 1 - Lien 2.

Mots clés : rayonnement ultra-violet - UV, rayonnement infra-rouge, atmosphère, rayonnement électromagnétique, corps noir