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31 août 2011 3 31 /08 /août /2011 15:40

Me revoici, me revoilà, après une longue année d'absence. Le travail m'a tenu à l'écart de l'écriture durant tant de temps (tant de temps, c'est joli à prononcer ça). Travail... au moins d'août... bien sûr... Disons que j'ai eu bien d'autres occupations, mais bon, je ne vous abandonnerai plus (j'espère!).

abandon.jpg

Pour reprendre aujourd'hui, nous allons parler d'un phénomène que tout le monde connaît, j'ai nommé: L'effet Doppler. D'accord, peut-être que vous ne le connaissez pas sous ce nom, peut-être même que vous n'en connaissez pas le nom du tout. Mais vous le connaissez quand même. Cet effet, c'est un effet physique que tout le monde a déjà expérimenté. Non ce n'est pas une maladie mentale ou une défaillance psychologique. Non vous n'avez jamais souffert de l'effet Doppler suite aux traumatismes de votre petite enfance.

 

L'effet Doppler se traduit tout simplement par un son caractéristique: NIIIIIIIIIIIIIIIIIAAAAAAAAAAAAAAAOOOOUUUUUUUUUUU !

chat-a-lunette-moto.jpg

(Cette image est vraiment trop nulle, la blague aussi, mais un chat avec Mouammar Khadafi, j'ai pas pu résister...)

D'accord, ce bruit est très mal reproduit ici, mais c'est en fait le bruit d'une voiture de course passant devant vous (ce qui arrive tous les jours n'est-ce pas?). L'effet Doppler, c'est ça. Le son provoqué par un objet en mouvement rapide qui est donc plus aigu lorsqu'il s'approche de vous et plus grave lorsqu'il s'éloigne. Parcequ'en fait, pour le mec qui conduit la voiture, le bruit est le même tout le temps ! Vous imaginez bien que si votre moteur fait "NIIIIAAAAOUUU NIIAAAAAOUU NIAAAOUUU" chaque fois que vous passez devant un piéton, c'est qu'il est plus que temps d'aller faire une petite révision.

 

Vous vous demandez sûrement pourquoi ce phénomène existe? Qu'est-ce qui en est la cause ? Je vais vous l'expliquer immédiatement. L'effet Doppler est un effet sonore (mais pas que). Son origine est donc à chercher du côté du son et de ce qui peut éventuellement le perturber. Qu'est-ce que le son tout d'abord? Vous savez tous ce qu'est un son, je ne vais pas vous apprendre les choses de la vie depuis le jardin d'enfants, vous êtes quand même assez intelligents pour que je saute les détails ! Ce que vous ne savez peut-être pas, c'est que le son est une onde. Lorsqu'un bruit est émis, par exemple un claquement de main, une onde se propage dans l'air, comme une vague à la surface de l'eau lorsque l'on jette un caillou dans une mare. Et cette onde va venir faire vibrer les éléments de notre oreille qui nous permettent alors de l'entendre. C'est aussi simple que cela.

 

Maintenant revenons à notre voiture. Le bruit de la voiture est constant, il n'est pas bref et instantané comme un claquement de main. Donc vous avez des ondes émises en permanence. Dans un monde simpliste, votre voiture à l'arrêt, moteur allumé, pourrait ressembler à ça:

doppler.png

 

Maintenant, il est une chose fondamentale avec le son. Contrairement à la lumière, le son ne voyage pas à très grande vitesse dans l'air. Sa vitesse est limitée. En effet, la vitesse du son dans l'air est de l'ordre de 340 mètres par secondes. Soit environ 1224 km/h. D'accord, le son est peut-être limité, mais il trace quand même pas mal. Toute l'astuce de l'effet Doppler réside cependant dans le fait que la vitesse du son est limitée, et qu'en plus elle est assez basse (1224 km/h c'est peu comparé à la vitesse de la lumière, de l'ordre de 300 000 km/s). Que se passe-t-il alors si la voiture se met en mouvement ? Voici ce que l'on obtient :

doppler2.png

 

Les ondes sonores se rapprochent vers l'avant, tout simplement parceque la voiture avance! Vu que les ondes sonores ne peuvent pas aller plus vite que 1224 km/h, si la voiture avance, elle "rattrape" un peu les ondes qui se trouvent devant, et elle distance un peu celles de l'arrière. Cela se traduit littéralement par une diminution de la longueur d'onde (distance entre deux crêtes d'onde) à l'avant, et donc une augmentation de la fréquence, le son est plus aigu. De même à l'arrière, la longueur d'onde augmente (on augmente la distance entre deux crêtes d'onde), et donc la fréquence diminue, on obtient un son plus grave. C'est ça l'effet Doppler ! Simple non?

 

Maintenant à partir de ce phénomène, on peut trouver une limite. Cette limite, on l'appelle le mur du son. Si vous avez un peu d'imagination, vous pouvez comprendre de ce qui précède pourquoi il existe un "mur du son". Vous vous êtes peut-être demandé: "Mais que se passe-t-il si on franchit les 1224 km/h?". Et bien dans ce cas, on franchit le mur du son, ou Mach 1. C'est ce que font les avions de chasse par exemple. En quoi cela consiste? Ce n'est pas un mur tel qu'on peut le concevoir, mais c'est une barrière d'air. Lorsque l'avion atteind la vitesse exacte de 1224 km/h, il se retrouve dans la configuration suivante (j'ai la flemme de dessiner un avion, donc j'utiliserai sur mon schéma une Delorean volante, mais ça ne change rien au principe!):

doppler3.png

Les ondes sonores s'accumulent à l'avant du véhicule et forment un véritable mur d'air qu'il est difficile de franchir. Lorsqu'on le franchit, on entend d'ailleurs le fameux BANG connu des pilotes. Ce BANG est justement l'accumulation des ondes sonores qui arrivent toutes en même temps. Et d'ailleurs, lorsque l'on entend le BANG, l'avion a déjà passé le mur du son, donc on ne peut pas l'entendre au moment où il passe le mur. Logique, puisque l'avion va plus vite que le son ! On peut d'ailleurs obtenir de magnifique clichés de ce phénomène, comme celui-ci: 

murduson.jpg

Voilà, j'espère que vous aurez appris des choses, je vous dis à bientôt pour de nouveaux articles!

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Published by The Scientist
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commentaires

Stéphane JOURDAN 11/09/2012 02:54


L'effet Doppler est le résultat d'une "dopplerisation", mais dans mon article je montre que deux dopplerisations "inverses" peuvent ne produire aucun effet doppler et pourtant modifier la portée
des sons : http://wp.me/P28xXN-9e

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