1. LA PROPAGATION ET DIFFERENTE DIFFUSION DU SON


  1. La propagation d'un son


La propagation d’un son est le phénomène par lequel le son se propage, se transmet dans un milieu matériel (gaz, liquide ou solide), entre la source sonore (émetteur) et le récepteur. C’est le déplacement de l’onde sonore. La propagation d’un son ne consiste pas en un déplacement de matière, mais en une perturbation, qui elle se déplace à travers la matière. En effet, les molécules déplacées retrouvent toujours leur place après le passage de la perturbation. Ceci est du à l’élasticité du milieu (le milieu est capable de se déformer pour encaisser un choc ou laisser passer une onde, puis de reprendre son état initial).







Les ondes sonores ne se propagent pas instantanément, elles mettent un certain temps pour aller d’un point à un autre du milieu. Chaque molécule au contact de l’émetteur sonore oscille très rapidement (autour d’un point fixe de l’espace). Cette molécule transmet ensuite ce mouvement vibratoire à ses voisines, lesquelles vont faire de même, etc. Le son arrive progressivement jusqu’à nos oreilles. La propagation d’un son résulte de la transmission de proche en proche de ces vibrations.


Exemple : la parole : Lorsque l’on prononce des mots, on modifie le milieu environnant en faisant varier la pression de l’air. Il y a alors création de plusieurs zones de compression et de dilatation qui se déplacent d’une partie de l’air à une autre.





Pour qu’un son se propage il faut un milieu matériel : eau, gaz, solide. En effet, un son ne se propage pas dans le vide. Dans le vide il n’y a pas de milieu matériel. Il n’y a donc aucune variation de pression : le son ne se propage pas. C’est le physicien irlandais Robert Boyle qui démontra en 1660, par l'expérience, que la transmission du son dépend du milieu dans lequel il se propage. Il enferma une petite horloge sonore dans une cloche de verre où il fit un vide partiel, et constata qu'on ne percevait aucun son, prouvant ainsi que la présence d'un milieu était nécessaire pour qu'un bruit soit transmis.



Un son ne se propage pas à la même vitesse selon les milieux. La vitesse (ou célérité) d’un son est la distance que le son parcourt pendant une unité de temps, elle s’exprime en mètre/seconde. La première mesure de la vitesse du son fut réalisée en 1636 par l’abbé français Marin Mersenne. Il mesura le temps du retour d’un écho et calcula la valeur de la vitesse du son avec une erreur inférieure à 10%.



  1. La propagation et la vitesse d’un son dans les gaz :


L’air est le principal véhicule du son que nous émettons. Dans l’air à 20°, le son se déplace à la vitesse de 340m/s. La vitesse du son dans l’air varie avec :

Mais elle ne varie pas avec :

  • Vitesse du son dans d’autres gaz : -Oxygène à 0° : 317m/s

    -Hydrogène à 0° :1270m/s

    -CO2 (gaz lourd) : 258m/s

    Les vitesses de propagation ne sont pas les mêmes. En effet, la vitesse est dépendante de la densité du gaz : si les molécules du gaz sont lourdes, elles auront du mal à se déplacer: le son se déplacera donc moins vite. Plus le gaz est dense, plus la vitesse du son dans ce gaz est faible. Le son se propage donc plus rapidement dans de l'air humide que dans de l'air sec, puisque l'air humide contient un plus grand nombre de molécules légères.



    Le mur du son, c’est aller plus vite que le son.
    Les ondes sonores se propagent dans l’air à 20° à une vitesse de 1224km/h.
    Un avion en vol provoque la vibration des molécules composant l'air. Une onde sonore est émise. Si l'avion vole moins vite que la vitesse du son (vitesse subsonique), les vibrations de l'air se propagent en avant de l'aéronef. Aucun phénomène particulier ne se produit. Tous les avions commerciaux, sauf le Concorde et l'appareil soviétique Tupolev Tu144 volent à vitesse subsonique.





    Lorsque la vitesse de l'avion approche la vitesse du son (vitesse transsonique), un phénomène particulier se produit. Les vibrations sonores, qui se déplacent à une vitesse pratiquement égale à celle de l'appareil s'accumulent devant le nez de celui-ci. Cette accumulation crée une forte surpression en avant de l'avion qui se heurte à un "mur". Il faut alors un surcroît d'accélération afin de dépasser cette vitesse critique et de passer le mur du son.



    Lorsque l'avion a dépassé la vitesse du son (aussi appelé MACH 1, en l'honneur du physicien autrichien Ernst Mach), les vibrations sonores sont "expulsées" de part et d'autre de l'aéronef. Il se crée alors un cône de choc puisque les vibrations accumulées devant le nez de l'appareil sont subitement libérées. On entend alors un "Bang" supersonique. Tant que l'avion volera à une vitesse supérieure à celle du son, les vibrations sonores formeront toujours un cône de choc se déplaçant avec l'avion.





    Le bang supersonique sera audible tant que l'avion se déplacera à une vitesse supersonique et pas seulement au moment du passage du mur du son. De même, un avion voyageant à deux fois la vitesse du son n'engendra qu'un seul cône de choc supersonique.



      Le cône de choc est rendu visible par la condensation de vapeur d'eau, on observe un second cône de choc en avant de l'avion.


    1. La propagation et la vitesse d’un son dans les liquides :


    Lorsque l’on fait du bruit au bord de l’eau, on constate que les poissons s’enfuient.
    L’eau transmet donc les sons.
    Le son se propage quatre fois et demie plus vite dans l’eau que dans l’air, sa vitesse dans l’eau est d’environ 1500m/s.
    Vitesse du son dans l’alcool éthylique : 1170m/s
    La propagation des sons et ultrasons dans l’eau est utilisée comme moyen de détection sous marine, dans le sonar par exemple. Un sonar est schématiquement constitué par un projecteur qui émet des faisceaux d’ultrasons. Si une impulsion rencontre un obstacle, les ultrasons sont réfléchis et enregistrés par un récepteur. La distance entre l’obstacle et le point d’émission est calculée en fonction de l’intervalle de l’émission et la réception du signal. La direction de l’obstacle sera indiquée par l’orientation du projecteur.



    1. La propagation et la vitesse d’un son dans les solides:


      Le son se déplace dans un solide de la même façon qu'il se déplace dans l'air : au moyen d'une onde de compression-dilatation.


    -Le roulement d’un train s’entend à plusieurs kilomètres en posant l’oreille sur le rail (L’indien écoutait si un train arrivait en mettant son oreille sur les rails).
    -Les guerriers, autrefois, collaient leurs oreilles sur le sol pour entendre l’approche d’ennemis éventuels.
    -Le tic-tac d’une montre est perçu à l’autre extrémité d’une table lorsque l’on applique une oreille sur celle-ci.

    Ces quelques exemples nous montrent que les solides transmettent les sons en les absorbant beaucoup moins que l’air et que le son s’y propage plus vite.

    La vitesse du son dans les solides est impressionnante :



    Comme les ronds qui se forment lorsqu'on jette une pierre dans l'eau, les ondes sonores se propagent en cercle. Lorsque le son se propage sans rencontrer d'obstacle, on parle de «champ libre». En réalité, le champ sonore est perturbé par la présence d'objets, de parois ou de personnes qui influencent la propagation du son. Les ondes sonores subissent des phénomènes de réflexion, réfraction et diffraction.





    La réflexion est le phénomène par lequel un son est renvoyé sur lui-même ou dans une autre direction lorsqu’il frappe un obstacle qu’il ne peut contourner. Dans une très grande pièce comme une cathédrale, les murs et le plafond réverbèrent le son ; le même son se répète donc avec un léger décalage, ce dernier étant fonction de la distance parcourue lorsque la réverbération intervient. Si la surface réfléchissante est importante et qu’elle se trouve à plus de 30 mètres environ de la source sonore, la réflexion du son constitue l’écho. (L’écho sert à l’orientation de certains animaux : chauve-souris, dauphin. Le sonar, qui équipe les navires, fonctionne aussi suivant le principe de la réflexion sur le fond d'ondes sonores à haute fréquence émises par le bâtiment. Le radar utilise aussi la réflexion des ondes pour déterminer la position ou la distance d’un objet.).





    La réfraction est une déviation des ondes sonores qui se produit lors d’un changement de milieu, dans lesquels les vitesses de propagation sont différentes. La réfraction se traduit par un changement de la direction initiale des ondes. Lorsque le son passe d'un milieu dans un autre, il a tendance à revenir vers celui dans lequel il se propage plus lentement.



    Exemple : Les sons portent plus loin la nuit, parce qu’ils sont réfractés en direction du sol par l’atmosphère. On sait que le son se propage plus vite dans l’air chaud, or, de nuit, l’air est plus frais au voisinage du sol : les couches supérieures rabattent donc vers la terre les sons qui les traversent, les propageant plus loin. La réfraction intervient chaque fois que le son passe dans un milieu dans lequel sa vitesse (célérité) change.



    La diffraction est la capacité d’une onde à contourner un obstacle ou à passer dans une fente. C’est grâce à ce phénomène que nous pouvons entendre un son émis derrière un obstacle. Par exemple : la voix d’une personne placée derrière une autre. Pour que le son puisse contourner l’obstacle, il faut que la largeur de l’obstacle soit inférieure à la longueur d’onde du son. La diffraction se fera d’autant mieux que le rapport de l/d est grand, où d représente la largeur de l’obstacle.



    Exemple de diffraction :

    Image 1 : La fente est petite par rapport à la longueur d'onde, il y a beaucoup de diffraction. La partie de l'onde qui passe dans la fente est très étroite et peut donc être considérée comme source ponctuelle.
    Image 2 : La fente est large par rapport à la longueur d'onde, il n'y a presque pas de diffraction.
    Image 4 : Le cas d'un obstacle.


    LA RADIO:




    1.découverte des ondes électromagnétiques: