Ondes radioélectriques dans les milieux absorbants - Constante de propagation complexe

Aussi faibles soient-elles, les pertes énergétiques engendrées par la propagation des ondes radioélectriques procurent à la matière sous phase gazeuse, liquide ou solide, les propriétés d’un milieu absorbant. Dans ce contexte, et en présence d’oscillations périodiques entretenues, l’onde atténuée par les dissipations d’énergie est caractérisée par la constante de propagation assimilée à un nombre complexe.

Le sujet est abordé en deux parties bien distinctes. Dans un premier paragraphe dédié à l’atténuation des ondes planes, la progression de l’analyse amène à dissocier trois phénomènes physiques relatés dans les notions de courants de conduction, de courants de déplacement et d’absorption dipolaire.

Il est montré que pour les ondes radioélectriques les courants de conduction interviennent de manière significative en présence de milieux de grande conductivité électrique, au moins supérieure à 100S.m⁻¹. On y observe l’induction de courants respectant les principes énoncés en électrocinétique. Pour les milieux de conductivité modérée, donc située au-dessous de 100S.m⁻¹, aux courants de conduction se superposent des courants de déplacement dont l’origine est directement reliée aux propriétés diélectriques du milieu. Dès lors, la recherche de formules approchées de la constante de propagation facilite l’étude de l’atténuation de l’onde plane dans la matière. L’appui d’exemples inspirés de données physiques empruntées aux électrolytes met en valeur l’impact majeur joué par la fréquence des ondes. Dans cet article, elles sont localisées de la fréquence industrielle 50Hz aux micro-ondes avoisinant la dizaine de GHz. Aux dissipations thermiques liées aux courants de conduction et de déplacement, s’ajoutent aussi d’autres pertes dues aux oscillations forcées du moment dipolaire de certaines molécules. L’absorption dipolaire, ainsi dénommée, est restituée dans les concepts de permittivité électrique complexe et de conductivité électrique équivalente.

Le second paragraphe concerne surtout l’aspect microscopique des phénomènes. Des raisonnements qualitatifs s’efforcent de rappeler brièvement les processus de conduction électronique dans les métaux, les électrolytes et certaines matières composites. On y retrouve aussi l’absorption de la molécule d’eau éclairée par quelques détails illustrant la diversité et le recoupement des mécanismes physiques mis en jeu.

La lecture de l’article n’exige pas de connaissances approfondies en électromagnétisme, néanmoins la consultation des articles [E 1 020] et [D 1 325] est recommandée.

Les amplitudes de champs, courants et tensions figurant dans les formules produites dans l’article correspondent aux valeurs efficaces.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés, ainsi qu'un tableau des symboles.