Les signaux lumineux et sonores sont divisés en plusieurs domaines selon leur fréquence. L'éclairement et le niveau d'intensité sonore sont des grandeurs qui permettent d'évaluer les dangers liés à ces signaux.
La fréquence d'un signal périodique
Phénomène périodique
Un phénomène est périodique s'il se répète, identique à lui-même à intervalle de temps régulier.
Les saisons sont des phénomènes périodiques puisqu'elles se répètent à l'identique chaque année.
Fréquence
La fréquence, notée f, correspond au nombre de répétitions d'un phénomène périodique par seconde. Son unité est le Hertz (Hz).
Si un phénomène périodique se répète 50 fois par seconde, sa fréquence est de 50 Hz.
Les signaux lumineux
Les différents types de lumière
On distingue plusieurs types d'ondes lumineuses selon leur fréquence.
La lumière visible, à laquelle notre œil est sensible, est caractérisée par la bande de fréquences : [ 4{,}3 \times 10^{14} Hz ; 7{,}5 \times 10^{14} Hz].
La lumière visible
Il est plus facile de retenir le domaine des longueurs d'onde auxquelles l'œil humain est sensible.
L'œil humain est sensible aux radiations lumineuses dont les longueurs d'onde \lambda sont comprises entre 400 et 800 nm.
L'éclairement lumineux
Éclairement
L'éclairement est la grandeur utilisée pour indiquer la quantité de lumière éclairant une surface. Son unité est le lux (lx) et il est mesuré avec un luxmètre.
Pour lire dans de bonnes conditions, on estime qu'un éclairement de 150 lx est nécessaire.
L'éclairement au sol un jour de plein soleil est compris entre 50\ 000 et 100\ 000 lx.
Les risques liés à la lumière
Pour les yeux
Les ondes lumineuses, qu'elles soient visibles ou non, peuvent présenter des risques non négligeables pour notre santé.
En effet, selon le temps d'exposition et l'éclairement, la rétine, le cristallin et la cornée de l'œil peuvent subir des séquelles parfois irréversibles. Il est donc dangereux de fixer une source trop intense (Soleil, rayon laser, lampe). Ce risque est d'autant plus grand que nous ne voyons ni les infrarouges ni les ultraviolets.
Le port de lunettes spéciales est recommandé lorsque l'éclairement est trop important, notamment :
- Au cours d'expérimentations de lasers dans un laboratoire.
- En extérieur en cas de forte luminosité ou de réflexions importantes (mer, neige).
- En observant une éclipse (l'éclairement dû au Soleil est plus faible lorsqu'il est caché par la Lune, mais il augmente à nouveau très vite).
Pour la peau et le reste du corps
Notre peau est également très sensible à la lumière.
Les rayonnements infrarouges intenses peuvent provoquer des brûlures cutanées en surface et même plus profondément. Les ultraviolets, et les rayonnements de fréquence plus grande, sont encore plus dangereux, car en générant des mutations de nos cellules, ils peuvent provoquer des cancers.
Il est préconisé de protéger sa peau du soleil à l'aide de crèmes solaires de bonne qualité et de limiter les durées d'exposition à ces rayonnements.
Les signaux sonores
Les différents types de son
On distingue plusieurs types d'ondes sonores selon leur fréquence.
Les sons audibles par l'oreille humaine sont ceux dont la fréquence est comprise dans l'intervalle [ 20 Hz ; 20 kHz].
Sons audibles
On distingue trois types d'ondes sonores :
- Les ondes perceptibles par l'oreille humaine, leur fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 kHz
- Les infrasons dont la fréquence est inférieure à 20 Hz
- Les ultrasons dont la fréquence est supérieure à 20 kHz
Les éléphants peuvent communiquer sur des distances atteignant les 10 km grâce à des infrasons.
Les chauves-souris emploient des ultrasons de fréquence comprise entre 50 kHz et 200 kHz pour percevoir l'environnement.
Ces limites sont approximatives et varient selon les personnes et leur âge.
Les personnes les plus jeunes perçoivent des sons plus aigus que celles plus âgées. Pour les premiers, il s'agit donc de sons audibles, alors que ce sont des ultrasons pour les autres.
L'intensité sonore
Intensité sonore
L'intensité sonore, notée I, indique la puissance transportée par le son par unité de surface. Son unité est le Watt par mètre carré (W.m-2).
L'intensité sonore minimale perceptible par l'oreille humaine est 10^{-12} W.m-2.
Le seuil de douleur correspond à une intensité sonore de 10 W.m-2, elle correspond à celle proche d'un avion au décollage.
Le plus souvent, on utilise plutôt le niveau d'intensité sonore, car les valeurs de son échelle sont plus simples à retenir.
Niveau d'intensité sonore
Le niveau d'intensité sonore, noté L, augmente avec l'intensité sonore et est plus facile à utiliser. Son unité est le décibel (dB).
Le niveau d'intensité sonore minimal vaut 0 dB.
Le niveau d'intensité sonore du seuil de douleur est de 130 dB.
Le niveau d'intensité sonore se mesure avec un sonomètre.
Les risques auditifs
L'exposition à des ondes sonores peut comporter des risques pour notre santé.
Ces risques ne sont plus négligeables dès lors que l'intensité sonore est élevée et/ou que la durée d'exposition est longue et répétée. Ils peuvent provoquer une perte d'audition temporaire ou durable. Ainsi, on considère les sons dont le niveau sonore est supérieur à 100 dB comme dangereux et qu'il faut limiter l'exposition prolongée à ceux dont le niveau sonore est supérieur à 85 dB.
Échelle des intensités et niveaux sonores
L'utilisation prolongée d'écouteurs est risquée. Les normes européennes limitent leur niveau sonore à 100 dB et obligent une validation par l'utilisateur dès lors qu'il dépasse 85 dB.
L'exposition, bien qu'imperceptible, à des ultrasons et des infrasons peut également donner des migraines, des nausées et des vertiges.