Son : Déplacement & Propagation

Le son est un phénomène complexe à expliquer avec peu de mots.

Il peut se résumer comme une simple vibration des molécules. C’est lorsque ces vibrations sont assez fortes et régulières qu’elles peuvent être alors perçues sous forme de « son » ou de « bruit ». Ce sont certains facteurs comme la densité et la température qui peuvent jouer un rôle dans leur vibration et, ainsi, changer le son obtenu.

Mais alors comment se propagent-elles exactement ? Est-ce différent selon qu’elles se propagent dans l’air, dans un solide, ou dans l’eau ?

Qu’est-ce qu’un son ?

La définition première du son est : une onde créée par la vibration d’un objet. Propagé sous forme d’ondes, le son est ensuite perçu par des récepteurs situés dans l’oreille (humaine ou animale).

La définition plus scientifique du son dit que c’est la vibration mécanique d’un fluide, se propageant sous forme d’ondes longitudinales dans une direction ou une autre, grâce à la déformation élastique de ce fluide.

Cela signifie tout simplement que les vibrations, qui sont mécaniques et se déplacent dans l’atmosphère, sont alors traduites en une sorte de message électrique. Ce message, acoustique, est alors interprété par le cerveau après sa réception, pour donner un nom connu au son entendu.

La fréquence du son se mesure et s’exprime en hertz (Hz). Son intensité, quant à elle, s’exprime en décibels.

Déplacement et vitesse du son dans l’air

La vitesse de déplacement du son dépend du milieu dans lequel il est propagé. Lorsqu’il est dans l’air, il se déplace à une vitesse de 344 mètres par seconde (ce qui donne environ 1 kilomètre toutes les 3 secondes).

Le son se propage grâce à la compression qui se déplace au milieu des molécules d’air. Pour l’expliquer, on compare souvent ce phénomène physique à une pierre que l’on jette dans l’eau : on observe que de petites vagues se déplacent alors à la surface sous forme d’ondes, alors que l’eau reste à sa place.

Contrairement au vent, le son est une vibration de molécules mais pas un déplacement d’air. Comme les vaguelettes formées par la pierre dans l’eau, les molécules ne font que vibrer localement et entraînent avec elles d’autres molécules, comme par un effet domino. C’est ensuite leur oscillation qui entraîne leur propagation, jusqu’à ce qu’elles faiblissent et s’arrêtent naturellement.

Dans des matériaux solides, le son peut atteindre 5000 mètres par seconde. Il se répand par une vibration des atomes, qui se propage, elle, sans déplacer les atomes.

Comment le son se propage-t-il dans l’eau ?

Dans l’eau, le son se propage plus de 4 fois plus vite que dans l’air, c’est-à-dire à environ 1482 mètres par seconde. La surface de l’eau renvoie presque tous les sons, comme un miroir acoustique. Pour le fond c’est différent, car il y a des pertes selon sa nature.

Le son est comme canalisé et se propage plutôt bien dans l’eau, mais par exemple dans l’eau de mer l’onde est soumise à des effets dus à sa densité. Grâce à la grande portée des ondes acoustiques, on a inventé la détection sous-marine, à l’aide de SONAR émetteurs et récepteurs, permettant de mesurer le temps de propagation d’une onde sonore et, ainsi, obtenir des informations sur les mouvements de l’eau en profondeur, même à longue distance.

Certains mammifères marins, comme le dauphin ou le béluga, produisent des émissions d’ultrasons d’une intensité différente, dont la gamme de fréquences se situe entre 16 000 et 10 000 000 Hz, ne pouvant être perçus par l’oreille humaine.

Qu’est-ce que l’écho ?

L’écho est une réflexion du son par un obstacle, qui le répercute. C’est un phénomène de répétition du son dans un espace plus ou moins grand, qui est induite par la réflexion des ondes produites sur une surface. Le meilleur exemple est la montagne, qui renvoie le son comme un reflet dans un miroir.

Ce phénomène se produit parce qu’une onde sonore n’est pas rectiligne, mais longitudinale comme nous le disions plus haut, et se répand comme des faisceaux allant dans différentes directions.

N’allant pas au même endroit, mais à la même vitesse, ils reviennent après avoir « rebondi » chacun sur son obstacle à des moments différents. C’est pour cela que l’on entend souvent des échos successifs, de moins en moins forts.

Un peu comme les navires et sous-marins avec les SONAR, les animaux eux utilisent l’écho pour localiser quelque chose, obstacle ou nourriture. Les animaux marins par exemple émettent des ondes sonores, attendent qu’elles frappent un quelconque barrage (un bateau, un banc de poissons), et en déduisent la distance lorsqu’ils entendent l’écho de leurs ondes sonores.