Le son est une onde produite par la vibration mécanique d'un support fluide ou solide et propagée grâce à l'élasticité du milieu environnant sous forme d'ondes longitudinales. Par extension physiologique, le son désigne la sensation auditive à laquelle cette vibration est susceptible de donner naissance.

La science qui étudie les sons s'appelle l'acoustique. La psychoacoustique combine l'acoustique avec la physiologie et la psychologie, pour déterminer la manière dont les sons sont perçus et interprétés par le cerveau.

Sommaire  [masquer] 1 Propagation du son 2 Fréquence et hauteur 3 Amplitude et intensité 3.1 Unité de mesure 3.2 Différentes mesures de l'amplitude 4 Timbre 5 Espace-temps 6 Enregistrement 7 La musique 8 Le son et l'informatique 8.1 L'acquisition 9 Voir aussi 9.1 Articles connexes 9.2 Liens externes

Propagation du son [modifier]

Dans un milieu compressible, le plus souvent dans l'air, le son se propage sous forme d'une variation de pression créée par la source sonore. Un haut-parleur, par exemple, utilise ce mécanisme. Seule la compression se déplace et non les molécules d'air, si ce n'est de quelquesmicromètres. Lorsque l'on observe des ronds dans l'eau, les vagues se déplacent mais l'eau reste au même endroit, elle ne fait que se déplacer verticalement et non suivre les vagues (un bouchon placé sur l'eau reste à la même position sans se déplacer). Le son se propage également dans les solides sous forme de vibrations des atomes appelées phonons. Là encore, seule la vibration se propage, et non les atomes qui ne font que vibrer très faiblement autour de leur position d'équilibre.

La vitesse de propagation du son (Par abus de langage,on parle également de la Célérité, cette dernière étant définie pour des ondes électromagnétiques) dépend de la nature, de la température et de la pression du milieu. Comme l'air est proche d'un gaz parfait, la pression a très peu d'influence sur la vitesse du son. Dans un gaz parfait la célérité est donnée par la relation :

 où  est la masse volumique du gaz et  sa compressibilité adiabatique.

On voit donc que la célérité du son diminue lorsque la densité du gaz augmente (effet d'inertie) et lorsque sa compressibilité (son aptitude à changer de volume sous l'effet de la pression) augmente. Quand il s'agit de l'atmosphère, il convient de connaitre en plus la structure thermique de la masse d'air traversée ainsi que la direction du vent car :

• le son se propage moins bien à l'horizontale que sous des angles montants à cause du changement de densité. (Cette propriété est prise en compte dans la conception des théâtres en plein air depuis l'antiquité)
• l'atténuation est nettement moins forte sous le vent. (Tant que son régime au sol n'est pas trop turbulent)
• le son peut être littéralement porté par une inversion basse du gradient de température. Par exemple, suite au refroidissement nocturne, il est possible d'entendre un train à 5 km d'une voie ferrée sous le vent malgré les obstacles. Le son est alors contraint de se propager sous l'inversion en effet guide d'onde.

Les ondes sonores se déplacent à environ 344 m/s dans de l'air à 20 °C, vitesse qu'on peut arrondir à environ un kilomètre toutes les trois secondes, ce qui est utile pour mesurer grossièrement la distance d'un éclair lors d'un orage (la vitesse de la lumière rendant sa perception quasi instantanée). Dans des milieux solides (non gazeux) le son peut se propager encore plus rapidement. Ainsi dans l'eau, sa vitesse est de 1482 m/s et dans l'acier de 5050 m/s. Le son ne se propage pas dans le vide, car il n'y a pas de matière pour supporter les ondes produites (isolation phonique), le son se propageant grâce aux déplacements des molécules d'air. C'est une onde dite longitudinale, car les points matériels se déplacent dans le même sens que le déplacement de l'onde (l'autre type étant les ondes transversales).

Fréquence et hauteur [modifier]

La fréquence d'un son est exprimée en hertz (Hz), elle est directement liée à la hauteur d'un son perçu, mais n'en est qu'une des composantes (voir l'article Psycho acoustique). À une fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu.

Tout être vivant doté d'une ouïe ne peut percevoir qu'une partie du spectre sonore :

• les physiologistes s'accordent à dire que l'oreille humaine moyenne ne perçoit les sons que dans une certaine plage de fréquences située environ (selon l'âge, la culture, etc.), entre 16 Hz (en dessous les sons sont qualifiés d'infrasons) et 20 kHz (au-delà les sons sont qualifiés d'ultrasons);
• le chat peut percevoir des sons jusqu'à 25 kHz;
• le chien perçoit les sons jusqu'à 35 kHz;
• la chauve-souris et le dauphin peuvent percevoir les sons de fréquence 100 kHz.

Certains animaux utilisent leur aptitude à couvrir une large bande de fréquences à des fins diverses :

• les éléphants utilisent les infrasons pour communiquer à plusieurs kilomètres de distance;
• les dauphins communiquent grâce aux ultrasons;
• les chauve-souris émettent des ultrasons (~80 kHz) avec leur système d'écholocation leur permettant de se déplacer et de chasser dans le noir total.

Pour avoir les fréquences correspondant aux notes de musique de la gamme tempérée (musique classique occidentale), voir Gamme tempérée > Comparaison de 3 systèmes de division de l'octave.

Amplitude et intensité [modifier]

L'amplitude est une autre caractéristique importante d'un son. L'intensité perçue dépend (entre autres) de l'amplitude : le son peut être fort ou doux (les musiciens disent forte ou piano). Dans l'air, l'amplitude correspond aux variations de pression de l'onde.

Unité de mesure [modifier]

En acoustique l'intensité se mesure en décibels (dB). C'est une grandeur sans dimension, logarithme du rapport entre une grandeur caractéristique du son étudié et celle d'un son de référence.

Le choix d'un logarithme permet d'avoir des chiffres aisément manipulables, qui ne deviennent pas extrêmement grands ou petits (voir l'articleÉchelle logarithmique), et parce que cette approche correspond mieux à ce que perçoit l'oreille humaine en termes de sensation sonore.

Ces considérations sont le fruit des recherches du psychophysicien allemand Gustav Fechner qui, au milieu du XIX^ème siècle, s'était fixé pour but de quantifier les sensations que peuvent produire différents stimuli (variation de température, d'éclairement, etc.).

On utilise deux grandeurs pour mesurer l'intensité : l'intensité, mesurée en watts par mètre carré et pour laquelle l'intensité de référence est W₀ = 10^-12W.m^-2, et la pression, mesurée en pascals et pour laquelle la pression de référence est P₀ = 2.10^-5 Pa. La première est toujours le double de la seconde, et c'est a priori celle qui est utilisée en l'absence de précision.

Mais attention, la notion de niveau sonore ne donne qu'une vague idée de la sensation perçue, car il faut prendre en compte la sensibilité de l'oreille, qui varie principalement selon la fréquence du son (l'oreille est moins sensible aux basses fréquences). Une meilleure approximation du volume perçu est donnée en décibel pondéré A (dBA), elle peut être mesurée électroniquement après filtrage du signal par un filtre à pondération A (il existe également des pondérations B et C adaptées aux mesures de sons d'intensités plus grandes).

0 dB correspond au minimum que l'oreille humaine peut percevoir appelé seuil d'audibilité, et non au silence absolu. Cette valeur a été choisie par expérimentation pour un son de fréquence 1000 Hz, elle vaut 10^-12 W.m^-2, mais la plupart des personnes ont un seuil d'audibilité supérieur à 0 dB (environ 4 dB). Le seuil de douleur est de 130 dB, mais l'oreille peut subir des dommages à partir de 85 dB (voir l'articlePsychoacoustique).

Il suffit de changer la référence de puissance ou de pression (P₀ ou W₀ dans les formules ci-dessous) pour que l'échelle des volumes soit complètement changée. C'est pourquoi les décibels gradués sur le bouton de volume d'une chaîne Hi-fi ne correspondent pas du tout à des niveaux acoustiques mais à des puissances électriques de sortie de l'amplificateur, ce qui n'a quasiment rien à voir : la valeur 0 dB représente bien souvent la puissance maximale que l'amplificateur est capable de délivrer.

Niveau de bruit en puissance	Niveau d'intensité	Niveau de bruit en pression

Le niveau de puissance caractérise une source sonore, il est donc indépendant de la distance source - récepteur. En revanche, les niveaux d'intensité et de pression correspondent aux niveaux perçus par le récepteur. Ils dépendent donc de la source et aussi de la distance source récepteur.

Différentes mesures de l'amplitude [modifier]

Il existe plusieurs façons de mesurer l'amplitude d'un son, et par extension, d'un signal quelconque de nature ondulatoire :

• l'amplitude moyenne (la valeur moyenne arithmétique du signal positif)
• l'amplitude efficace (amplitude continue équivalente en puissance)
• l'amplitude crête (maximale positive)
• l'amplitude crête à crête (l'écart maximal d'amplitude positive et négative)

Dans la pratique, l'amplitude moyenne présente peu d'intérêt et n'est pas utilisée. En revanche, la valeur efficace ou RMS, pour Root Mean Square en anglais, soit la valeur quadratique moyenne du signal est universellement adoptée pour mesurer la valeur des tensions alternatives, dans le cadre général autant qu'en acoustique. Un amplificateur qui est donné pour 10 watts RMS fera 14 watts en crête et 28 watts en crête à crête (aussi noté cc). Les mesures de puissance crête à crête sont assez souvent appelées « watts musicaux » par les vendeurs de matériel audiovisuel, car les chiffres sont plus flatteurs.

Timbre [modifier]

C’est la caractéristique qui peut identifier un son d’une façon unique. Deux sons peuvent avoir la même fréquence fondamentale et la même intensité; mais ne peuvent jamais avoir le même timbre.

Espace-temps [modifier]

Comme tous les phénomènes perçus, le temps joue un rôle fondamental pour l'acoustique (et encore plus en musique). Il existe même des relations très étroites entre l'espace et le temps, vu que le son est une onde qui se propage dans l'espace au cours du temps.

On distingue trois grandes classes de signaux acoustiques :

• périodiques, dont la forme se répète à l'identique dans le temps ;
• aléatoires, qui n'ont pas de caractéristiques périodiques. Dans ce qui suit, et d'une manière générale, on ne s'intéresse qu'à un ensemble restreint de ces signaux ; ceux qui ont des caractéristiques statistiques stables dans le temps. On les appelle signaux aléatoires ergodiques. Concrètement, c'est le cas des bruits « blanc ou rose » utilisés par les scientifiques et certains artistes ;
• impulsionnels : qui ne se répètent pas dans le temps et ont une forme déterminée.

Tous les signaux peuvent être définis et analysés indifféremment dans l'espace temporel ou dans l'espace fréquentiel. Dans ce dernier, on aura souvent recours à l'utilisation du spectre du signal, calculé depuis sa définition fréquentielle (dite du domaine de Fourier). Le spectre d'un signal représente les différentes « notes » ou sons purs que contient un son, appelés partiels. Dans le cas d'un signal périodique stable comme une sirène, le spectre n'évolue pas au cours du temps et présente une seule valeur appelée « raie ». Il est en effet possible de considérer tout son comme la combinaison d'un ensemble de « sons purs » qui sont des sinusoïdes (voir à ce sujet l'article sur la transformée de Fourier).

Enregistrement [modifier]

En musique, l'enregistrement d'un morceau de musique a lieu pour en conserver une trace.

La musique [modifier]

La musique est l'art de combiner les sons en termes de rythme, de mélodie et/ou d'harmonie (notamment), son écoute "devant" nous procure des sensations particulières. En ce qui concerne la musique occidentale tout du moins, la notion essentielle (mais subjective) est celle de la consonance qui est intimement liée au phénomène des sons harmoniques. Cependant, et depuis des siècles, les théoriciens de la musique ont buté sur l'impossibilité d'aboutir à la définition d'une échelle musicale « idéale » (voir l'exposé complet des problèmes posés dans l'article gammes et tempéraments et de plusieurs articles associés).

La comparaison de termes musicaux et de leur équivalent scientifiques (hauteur et fréquence, par exemple) montre la limite en art et science, limite que l'acoustique musicale a tenté de franchir en montrant les rapports qui peuvent s'établir entre la perception humaine de la musique et les phénomènes physiques qui peuvent être liés.

Le son et l'informatique [modifier]

Depuis la découverte de la synthèse numérique des sons, et avec l'arrivée d'ordinateurs personnels équipés en standard d'une carte son, il est devenu à la portée de tous d'enregistrer et de traiter les sons. De nombreux professionnels se tournent vers des solutions numériques, de moins en moins onéreuses, qui offrent, avec la progression de la capacité des ordinateurs, une foule de possibilités. Les cartes son haut de gamme possèdent de nombreuses entrées et sorties analogiques et numériques pour relier synthétiseurs et tables de mixage. L'informatique musicale s'est ainsi développée au même rythme que les capacités de calcul des ordinateurs.

L'acquisition [modifier]

Pour le traitement numérique du son (traitement sur un ordinateur), il faut procéder à une conversion analogique - numérique, ce qu'on appelle son acquisition. Cette opération consiste à transformer les variations de pression du son, en une suite de nombres que les moyens informatiques pourront traiter. On appelle cette transformation l'échantillonnage du signal. Un microphone convertit les variations de pressions de l'air en signaux électriques, relié à un convertisseur analogique-numérique (CAN ou ADC en anglais, pour Analog to Digital Converter) qui vanumériser ce signal à pas régulier (le transformer en une suite de nombres). Ce travail est à présent réalisé par les cartes son des ordinateurs personnels.

Voir aussi [modifier]

Articles connexes [modifier]

• Bruit, ultrason, infrason ;
• Onde, Onde mécanique progressive ;
• Vitesse du son, Mur du son ;
• Effet Doppler-Fizeau ;
• Ingénieur du son ;
• Sonothèque ;
• Sonorisation ;
• Formation aux métiers du son.

Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi de la quantité de mouvement et éventuellement du moment cinétique. Physiquement parlant, une onde est un champ. C'est-à-dire une zone de l'espace dont les propriétés sont modifiées, on affecte à chaque point de l'espace des grandeurs physiques scalaires ou vectorielles.

Comme tout concept unificateur l'onde recouvre une grande variété de situations physiques très différentes.

• L'onde oscillante, qui peut être périodique, est bien illustrée par les rides provoquées par le caillou qui tombe dans l'eau.
• L'onde solitaire ou soliton trouve un très bel exemple dans les mascarets.
• L'onde de choc, perçue acoustiquement au passage du mur du son par un avion, par exemple.
• L'onde électromagnétique n'a dans certains cas pas de support matériel.
• L'onde acoustique, qui a un support matériel.
• L'onde de probabilité

D'autre part, la mécanique quantique a montré que les particules élémentaires pouvaient être assimilées à des ondes, et vice versa, ce qui explique le comportement parfois ondulatoire et parfois corpusculaire de la lumière : le photon peut être considéré à la fois comme une onde et comme une particule (voir Dualité onde-particule).

Sommaire  [masquer] 1 Exemples 2 Ondes et stabilité d'un milieu 3 Dimensionnalité 4 Périodicité temporelle et périodicité spatiale 5 Modélisation d'une onde progressive 6 Types d'ondes 7 Célérité d'une onde, fréquence 8 Une onde est-elle toujours monochromatique ? 9 Exemples d'ondes 10 Voir également 10.1 Articles connexes 10.1.1 Sur les différents phénomènes ondulatoires 10.1.2 Éléments théoriques physiques 10.1.3 Sur la mesures des ondes 10.1.4 Éléments théoriques mathématiques 10.2 Références 10.3 Liens externes 11 Bibliographie

Exemples [modifier]

Illustrons la notion de « transport d'énergie sans transport de matière ». Dans le cas d'une onde mécanique, on observe de petits déplacements locaux et éphémères des éléments du milieu qui supportent cette onde, mais pas de transport global de ces éléments. Il en est ainsi pour unevague marine qui correspond à un mouvement approximativement elliptique des particules d'eau qui, en particulier, agite un bateau en mer. Dans ce contexte, un déplacement horizontal de matière est un courant ; or, on peut avoir une vague sans courant, voire une vague allant à contre-courant. La vague transporte horizontalement l'énergie du vent qui lui a donné naissance au large et, ce indépendamment du transport global de l'eau.

Dans les instruments de musique à corde la perturbation est apportée de différentes manières : archet (violon), marteau (piano), doigt (guitare). Sous l'effet de l'excitation appliquée transversalement, tous les éléments des cordes de ces instruments vibrent transversalement autour d'une position d'équilibre qui correspond à la corde au repos. L'énergie de vibration des cordes se transforme en son car les mouvements transverses des cordes mettent en mouvement l'air qui les baigne. Un son correspond à la propagation dans l'air d'une onde de pression de cet air. En un point de l'espace, la pression de l'air oscille autour de la valeur de sa pression au repos, elle croît et elle décroît alternativement autour de cette valeur. Dans une onde sonore le mouvement local des molécules d'air se fait dans la même direction que la propagation de l'énergie, l'onde estlongitudinale. Les directions longitudinales et transverses se réfèrent à la direction de propagation de l'énergie qui est prise comme direction longitudinale.

Les ondes électromagnétiques sont des ondes qui sont transversales dans le vide ou dans des milieux homogènes. En revanche, dans des milieux particuliers, comme par exemple le plasma, les ondes électromagnétiques peuvent être longitudinales, transversales ou parfois les deux à fois^1,2. L'optique est un cas particulier de propagation dans des milieux diélectriques, tandis que la propagation dans un métalcorrespond à un courant électrique en mode alternatif.

Le signal transmis de proche en proche peut quant à lui être illustré à l'aide des dominos: ces derniers reçoivent un signal et le transmettent en tombant sur le dominant suivant. Une file de voiture avançant au signal d'un feu vert ne constitue pas un exemple de transmission de proche en proche.

Ondes et stabilité d'un milieu [modifier]

Pour que des ondes se propagent dans un milieu il faut que celui soit stable: sous l'action d'une perturbation extérieure, le milieu doit développer un mécanisme de rappel le ramenant vers sa position d'équilibre. La nature et les propriétés de l'onde dépendent de la manière dont ce mécanisme agit. Ainsi, par exemple, pour les vagues, ce mécanisme de rappel est l'action conjointe du poids et de la poussée d'Archimède tendant à ramener l'interface air-eau vers une position d'équilibre. Pour les ondes sonores, le mécanisme de rappel est la tendance d'un fluide à uniformiser sa pression. Pour les ondes de torsion (comme sur un violon joué à l'archet), le mécanisme de rappel est le couple exercé par la corde.

Dimensionnalité [modifier]

Soient  le déplacement de l'énergie et  la vitesse de l'onde :

•  : l'onde est longitudinale.

exemple : Ressort à boudin. Si on déplace brutalement une spire d'un tel ressort tendu entre deux supports on voit se former une onde de compression des spires. Dans ce cas le mouvement des spires se fait dans la même direction que la propagation de l'énergie, suivant la droite que constitue l'axe de symétrie du ressort. Il s'agit d'une onde longitudinale à une dimension.

•  : l'onde est transversale.

Exemples : Lorsqu'on frappe un tambour, on crée sur sa peau une onde transverse à deux dimensions, comme dans le cas de la surface de l'eau.

Lorsqu'on déplace des charges électriques, les champs magnétiques et électriques locaux varient pour s'adapter à la variation de position des charges produisant une onde électromagnétique. Cette onde est transverse et peut se propager dans les trois directions de l'espace. Dans ce cas, l'onde n'est pas un déplacement de matière.

• Une onde peut être à la fois longitudinale et transversale.

Exemple : Sur la mer, une vague est créée par un vent qui provoque une variation de la hauteur d'eau. Il en est de même pour les ronds dans l'eau provoqués par la chute d'un caillou. Dans ce cas on peut facilement voir que la propagation de l'onde se fait dans les deux dimensions de la surface de l'eau.

Périodicité temporelle et périodicité spatiale [modifier]

Le cas le plus simple d'onde progressive périodique est une onde dite « monochromatique ».

Si l'on prend un cliché du milieu à un moment donné, on voit que les propriétés du milieu varient de manière sinusoïdale en fonction de la position. On a donc une périodicité spatiale ; la distance entre deux maxima est appelée longueur d'onde, et est notée λ. Si l'on prend des photographies successives, on voit que ce « profil » se déplace à une vitesse nommée vitesse de phase.

Si l'on se place à un endroit donné et que l'on relève l'intensité du phénomène en fonction du temps, on voit que cette intensité varie selon une loi, elle aussi sinusoïdale. Le temps qui s'écoule entre deux maxima est appelé période et est noté T.

Modélisation d'une onde progressive [modifier]

Une onde se modélise par une fonction A(x,t), d'amplitude A, x étant la position dans l'espace (vecteur) et t étant le temps.

Une très grande famille des solutions d'équations de propagation des ondes est celle des fonctions sinusoïdales, sinus et cosinus (elles ne sont pas les seules). On montre également que tout phénomène périodique continu peut se décomposer en fonctions sinusoïdales (série de Fourier), et de manière générale toute fonction continue (transformée de Fourier). Les ondes sinusoïdales sont donc un objet d'étude simple et utile.

Dans ce cadre, une onde sinusoïdale peut s'écrire :

(Démonstration)

On appelle

• amplitude le facteur A₀,
• phase l'argument du sinus ,
• tandis que φ est la phase à l'origine lorsque t et x sont nuls.

La phase absolue d'une onde n'est pas mesurable. La lettre grecque ω désigne lapulsation de l'onde on note qu'elle est donnée par la dérivée de la phase par rapport au temps :

.

Le vecteur k est le vecteur d'onde. Lorsque l'on se place sur un seul axe, ce vecteur est un scalaire et est appelé nombre d'onde : c'est le nombre d'oscillations que l'on dénombre sur 2π unités de longueur.

On a pour la norme du vecteur d'onde :

La pulsation s'écrit en fonction de la fréquence ν :

La vitesse de phase vaut enfin :

Types d'ondes [modifier]

On distingue plusieurs catégories d'ondes :

• Les ondes longitudinales, où les points du milieu de propagation se déplacent localement selon la direction de la perturbation (exemple type : la compression ou la décompression d'un ressort, le son dans un milieu sans cisaillement : eau, air…)
• Les ondes transversales, où les points du milieu de propagation se déplacent localement perpendiculairement au sens de la perturbation, de sorte qu'il faut faire intervenir une grandeur supplémentaire pour les décrire (exemple type : les vagues, les ondes des tremblements de terre, les ondes électromagnétiques). On parle pour décrire ceci de polarisation.

Le milieu de propagation d'une onde peut être tridimensionnel (onde sonore, lumineuse, etc.), bidimensionnel (onde à la surface de l'eau), ou unidimensionnel (onde sur une corde vibrante).

Une onde peut posséder plusieurs géométries : plane, sphérique, etc. Elle peut également être progressive, stationnaire ou évanescente (voir Propagation des ondes). Elle est progressive lorsqu'elle s'éloigne de sa source. Elle s'en éloigne indéfiniment si le milieu est infini, si le milieu est borné elle peut se réfléchir sur les bords, sur la sphère (comme la Terre par exemple) les ondes peuvent revenir au point de départ en faisant en tour complet.

D'un point de vue plus formel, on distingue également les ondes scalaires qui peuvent être décrites par un nombre variable dans l'espace et dans le temps (le son dans les fluides par exemple), et les ondes vectorielles qui nécessitent un vecteur à leur description (la lumière par exemple), voire des ondes tensorielles (d'ordre 2) pour les ondes gravitationnelles³ de la relativité générale.

Si l'on définit les ondes comme associées à un milieu matériel, les ondes électromagnétiques sont exclues ! Pour éviter de les exclure on peut définir les ondes comme des perturbations d'un milieu, au sens large, matériel ou vide. Dans ce dernier cas c'est une perturbation électromagnétique qui peut se propager dans le vide (de matière).

Célérité d'une onde, fréquence [modifier]

Une onde monochromatique est caractérisée par une pulsation ω et un nombre d'onde k. Ces deux quantités sont liées par la relation de dispersion. À chaque exemple d'onde mentionné ci-dessus correspond une certaine relation de dispersion.

• La relation la plus simple est obtenue lorsque , le milieu est dit non dispersif
• L'onde de Kelvin obéit à ω = + ck, le fait qu'il n'y ait qu'un signe fait que l'onde se propage que dans une direction (en laissant la côte à droite dans l'hémisphère Nord)
• ...

Deux vitesses peuvent être associées à une onde : les vitesse de phase et vitesse de groupe. La première est la vitesse à laquelle se propage la phase de l'onde, tandis que la deuxième correspond à la vitesse de propagation de l'enveloppe (éventuellement déformée au cours du temps). La vitesse de groupe correspond à ce qu'on appelle la célérité de l'onde.

• La vitesse de phase c_φ est reliée à la relation de dispersion par c_φ = ω / k
• La vitesse de groupe c_g est reliée à la relation de dispersion par 

Pour un milieu non dispersif on a c_g = c_φ

Pour une onde progressive périodique, on a une double périodicité : à un instant donné, la grandeur considérée est spatialement périodique, et à un endroit donné, la grandeur oscille périodiquement au court du temps.
Fréquence ν et période T sont liés par la relation T = 1 / ν.
Pour une onde progressive se propageant avec la célérité c, la longueur d'onde correspondante λ est alors déterminée par la relation : λ = c / νoù λ est en m, ν en hertz (Hz), et c en m.s-¹.
λ est la période spatiale de l'onde.

La célérité des ondes dépend des propriétés du milieu. Par exemple, le son dans l'air à 15°C et à 1 bar se propage à 340 m.s-¹.

• Pour une onde matérielle, plus le milieu est rigide, plus la célérité est grande. Sur une corde, la célérité d'une onde est d'autant plus grande que la corde est tendue. La célérité du son est plus grande dans un solide que dans l'air. Par ailleurs, plus l'inertie du milieu est grande, plus la célérité diminue. Sur une corde, la célérité est d'autant plus grande que la masse linéique (masse par unité de longueur) est faible.

• Pour une onde électromagnétique, la vitesse de propagation sera généralement d'autant plus grande que le milieu est dilué (dans le cas général, il convient cependant de considérer les propriétés électromagnétiques du milieu, qui peuvent compliquer la physique du problème). Ainsi, la vitesse de propagation de la lumière est maximale dans le vide. Dans du verre, elle est environ 1,5 fois plus faible.

De façon générale, la célérité dans un milieu dépend aussi de la fréquence de l'onde. De tels milieux sont qualifiés de dispersifs, les autres, ceux pour lesquels la célérité est la même quelle que soit la fréquence sont dits non-dispersifs.
Fort heureusement, l'air est un milieu non dispersif pour nos ondes sonores ! En ce qui concerne la lumière, le phénomène de dispersion est également à l'origine de l'arc-en-ciel : les différentes couleurs se propagent différemment dans l'eau, ce qui permet de décomposer la lumière du soleil suivant ses différentes composantes. La dispersion par un prisme est également classiquement utilisée : en décomposant la lumière, on peut ainsi faire de la spectroscopie (les méthodes interférentielles donnent cependant maintenant des résultats beaucoup plus précis).

Une onde est-elle toujours monochromatique ? [modifier]

La notion d'onde monochromatique est centrale pour la compréhension du phénomène mais toutes les ondes ne sont pas monochromatiques. Considérons les ondes sonores: une onde monochromatique serait une note pure (si sa fréquence tombe juste). Une note d'instrument est composée d'une note pure (le fondamental de pulsation ω) plus des harmoniques (des ondes dont la pulsation est un multiple de ω. Si on considère une musique, la structure de l'onde est compliquée, elle est constituée d'une somme d'ondes monochromatiques. Si maintenant on considère le son d'un coup sec alors l'onde n'est plus du tout monochromatique, une représentation en paquet d'onde est beaucoup plus judicieuse. Dans tous les cas il s'agit d'ondes sonores. La forme des ondes peut donc être simple (monochromatique, paquet localisé) ou compliquée (musique). Ce qui est important est qu'elle transporte l'énergie (d'où la définition de départ).

Exemples d'ondes [modifier]

• Ondes mécaniques :
  • Les vagues ou ondes de gravité sont des perturbations qui se propagent dans l'eau (voir aussi Seiche (hydrodynamique) et tsunami).
  • Onde sur une corde vibrante
  • Le son est une onde de pression qui se transmet dans les fluides et les solides, et qui est détectée par le système auditif
  • Les ondes sismiques sont similaires aux ondes sonores et sont engendrées lors d'un tremblement de terre
  • Les ondes de Kelvin sont l'analogue des vagues mais s'appuyant sur les côtes et ayant des échelles spatiales suffisamment grandes pour être sensibles à la force de Coriolis. Elles se propagent en laissant la côte à droite dans l'hémisphère Nord, à gauche au Sud. Le plus bel exemple d'onde de Kelvin est l'[onde de marée].
  • Les ondes de Rossby sont des ondes de vorticité, sensibles à la rotation et à la sphéricité de la Terre. Leur vitesse de phase est vers l'Ouest. Elles jouent un rôle clef en météorologie.
  • Les ondes internes sont des ondes de gravité (comme les vagues) mais se propageant à l'intérieur d'un milieu continument stratifié (comme les océans ou l'atmosphère). Leur vitesse de groupe est perpendiculaire à leur vitesse de phase.
• Toute onde peut être une onde de choc qui dissipe de l'énergie pourvu que son amplitude soit suffisamment importante pour exhiber un comportement non linéaire et une singularité en temps fini. Dans le cas du déferlement des vagues sur le rivage, l'onde se raidit puis déferle. En aérodynamique on observe une onde de compression à la frontière située entre la partie supersonique de l'écoulement et sa partie subsonique.
• Ondes électromagnétiques :
  • La lumière et, en général, les ondes électromagnétiques résultent des perturbations électromagnétiques
  • Une onde radio est un champ électromagnétique variable, souvent périodique, produit par une antenne
• Les ondes gravitationnelles

Voir également [modifier]

Articles connexes [modifier]

Sur les différents phénomènes ondulatoires [modifier]

• Onde sur une corde vibrante
• Mascaret, Tsunami, Vague scélérate
• Paquet d'onde
• Battement

Éléments théoriques physiques [modifier]

• Propagation des ondes, Diffusion des ondes, Interférence
• Diffraction, réflexion, Réfraction
• Soliton

Sur la mesures des ondes [modifier]

• Fréquence, Hertz ;
• Longueur d'onde ;
• Phase, Déphasage, harmonique

Éléments théoriques mathématiques [modifier]

• Fonction trigonométrique, Phénomène périodique
• Joseph Fourier, Transformée de Fourier.
• Pierre-Simon Laplace, Transformée de Laplace
• Produit de convolution

La nuisance caractérise généralement un fait (une source) perceptible, provoquant une souffrance vécue et subie. Le bruit est la première source de plaintes dans de nombreux pays. D’autres nuisances communes sont l’exposition à la poussière, à des fumées, à des vibrations (infrasons), au dérangement (de jour ou de nuit), à de mauvaises odeurs, à des déjections, boues (dont d'épuration) ou déchets divers, à l'exposition à des eaux ou à de l'air pollué, ou encore à l’éclairage nocturne indésirable ou intrusif (dans ce cas si on y associe les impacts sur la santé, la faune et les écosystèmes, on parle aussi de pollution lumineuse).

Il n'y a pas encore de définition consensuelle largement partagée du concept de nuisance. Ce concept semble en évolution constante, comme ceux de santé et d'atteinte à la santé qui lui sont de plus en plus souvent liés. Au XX^e siècle, le sens commun associe au mot nuisance l'idée d'inconvénients, plutôt minimes mais occasionnant une gêne réelle subie par un ou des individu(s), bien que sans impact réel ou significatif sur leur santé. Mais à partir des années 1970, le concept semble évoluer vers l'idée d'une offense plus grave à l'individu, liée à l'exposition chronique ou épisodique à des éléments ou situation désagréables, nuisibles au bien-être, voire à la santé physique et psychique.

Par définition, les nuisances sont difficiles à mesurer car elles dépendent en partie de l'appréciation subjective par celui qui y est exposé. Par exemple, la gêne ou la souffrance induite par une odeur (hors réponse allergique marquée) est difficilement mesurable, bien que plusieurs systèmes d'évaluation aient été proposés, y compris une évaluation par des "nez électroniques". Dans le cas du bruit, un sonomètre mesure des décibels, mais non la gêne induite par sa répétition chronique, son caractère imprévisible, le fait qu’il puisse devenir insupportable la nuit, en cas de céphalée, etc.

 

Sommaire  [masquer] 1 Notion de nuisance 2 Aspects socio-psychologiques 3 Latence 4 Vers une normalisation du vocabulaire 5 Définitions juridiques 5.1 En droit de l'urbanisme 6 Notes 7 Voir aussi 7.1 Liens externes

Notion de nuisance [modifier]

La notion de nuisance évoque :

- des stress ressentis au moyen de l'un ou plusieurs de nos cinq sens, alors que la pollution évoque en outre des éléments toxiques ou écotoxiques totalement invisibles et imperceptibles par nos sens (cancérogènes, radioactivité, leurres hormonaux, etc.).

- des stress imposés par des humains à d'autres humains, sans que celui qui la subit puisse s'y soustraire sans se priver de la liberté de jouir pleinement et naturellement de son environnement, alors que la pollution peut aussi concerner les animaux et plus largement tout l'environnement.

- des problèmes moins graves que ceux évoqués par le mot pollution. Pourtant, de nombreuses études socio-physio-psychologiques ont montré que certaines nuisances pouvaient causer de réels problèmes physiologiques (nausées, vomissements, céphalées, troubles cardiovasculaires ou respiratoires, ainsi que des troubles du sommeil et de l'appétit ou de la sexualité), pouvant conduire à des troubles chroniques et graves de la santé, dont des dépressions ou suicides.

- une part de subjectivité propre à l’histoire socioculturelle et psychologique de chacun, qui ne doit pas cacher de réelles différences individuelles ou variant selon l’âge dans les capacités de perception du bruit, de l’odeur, de la lumière nocturne, des vibrations, etc.
Les données scientifiques disponibles permettent rarement de départager l'impact direct des impacts réputés liés à une psycho-somatisation. On constate des effets non-toxicologiques sur la santé, c’est-à-dire apparaissant à des doses inférieures aux seuils toxicologiques.

- une part physiologique objective, mais peu mesurable. Il est possible et plausible que le système sensoriel humain soit plus ou moins (selon l’individu et l’éducation) apte à détecter des dangers réels dans l’environnement. L'odeur forte du lisier ne traduit-elle pas aussi la détection par des cellules spécialisées d'ammoniac ou de sulfure d’hydrogène dans l'air inspiré, gaz toxique à une certaine dose pour les poumons et les muqueuses, de même que certaines odeur de fumée, de parfum, de solvant, d’essence, ou de tabac qui informent de la présence réelle de toxiques dans l’air, mais qui peuvent être vécue comme agréables ou positives selon la culture et l’éducation de chacun).

On a montré que certaines odeurs ressenties comme désagréables (ex : lisiers) affectaient des fonctions physiologiques, dont l’activité cardiaque et cérébrale, de manière visible sur l'électrocardiogramme et l’électro-encéphalogramme ¹ et ceci, chez l’homme comme chez l’animal, ce qui montre que la subjectivité humaine n’est pas seule en cause.

On a aussi pu constater chez l’Homme une augmentation de la tension artérielle ou de la tension musculaire du cuir chevelu, et une inhibition de la motilité gastrique. Divers troubles de la digestion affectant les glandes salivaires, l’estomac, le foie ou l’intestin sont soupçonnés. On observe diverses réactions nocives sur l'humeur et les émotions, et sur la performance intellectuelle (dont capacité d'apprentissage).

Chez l’animal, des effets aigus et chroniques sur le comportement (modifications hormonales, sécrétion d’adrénaline) et l'activité électrique cérébrale, en présence de faibles concentrations de certains toxiques chimiques dans l’air ou l’eau consommés sont constatés ². Même des animaux primitifs tels que la moule ont des réactions physiologiques lorsqu’exposés à certains contaminants à très faibles doses.

Chez l’Homme, les parts respectives du psychique subjectif (qui n’exclue pas une souffrance vraie) et du physiologique restent difficile à établir, mais la part physiologique ne peut plus être niée, qu’elle soit directement liée au stress (odeur, bruit) ou à ses conséquences dites « psychosomatiques » ³ Le psychisme humain, complexe, peut selon l’individu et le contexte exacerber le stress (face au bruit ou à l’odeur de la fumée par ex) ou le diminuer, dangereusement parfois quand il y a phénomène d’accoutumance et/ou d’addiction (cf cas de surdité induites par le niveau sonore des baffles de concerts ou de voitures, ou cancers du poumon induits par la fumée du tabac).

- de possibles synergies entre différents stress : nuisances sonores, visuelles et olfactives surajoutent souvent leurs effets, par exemple en ville, aux abords de voies de transports, d’aéroports, de sites industriels, etc.

Aspects socio-psychologiques [modifier]

Une partie importante du stress imposé par les nuisance vient enfin du fait qu’on ne peut généralement y échapper ou en supprimer la source autrement que coûteusement, difficilement et/ou en se privant d’une part de liberté.

Latence [modifier]

Concernant certaines odeurs et substances irritantes, vasomotrices et/ou modifiant le goût, certains composés organiques volatiles présents dans les émissions-sources peuvent être adsorbés sur les vêtements, la peau, les muqueuses, ou absorbés dans le sang et les tissus (graisseux notamment). Certaines personnes peuvent donc réellement continuer à sentir une sensation désagréable, une odeur ou un goût longtemps (heures, jours) après une exposition à ces composés qu’on peut retrouver dans l’air expiré et/ou sur la peau ou dans la salive 36,37 .

Vers une normalisation du vocabulaire [modifier]

Avec l’apparition dans le droit national et international du principe pollueur-payeur, des principes de prévention et de précaution, de responsabilité sociale des entreprises, les obligations de performance en isolation thermique et phonique, la prise en compte des droits des non-fumeurs, etc. il devient nécessaire de disposer de définitions partagées des mots nuisance et pollution.

Le dictionnaire (francophone) du vocabulaire normalisé de l'environnement de l'AFNOR a précisé la définition de la pollution et des polluants (altéragènes biologiques, physiques ou chimiques), mais le faible tirage de cet ouvrage et le fait qu'il soit payant n'en a pas favorisé une large diffusion.

Les moteurs de recherche spécialisés de l'Internet montrent que la définition de "nuisance" inclut de plus en plus la notion de danger pour lasanté ou l'environnement en plus de celle de gêne qui lui était attribuée.

Certaines définitions regroupent sous ce mot des « éléments du milieu physique ou de l'environnement susceptible de porter atteinte ou d'altérer plus ou moins brutalement et profondément l'équilibre biologique et paysager d'un milieu et de modifier les conditions de vie des populations exposées. » Incluant « les faits de pollution ».

Définitions juridiques [modifier]

La notion de nuisance est utilisés dans le droit de la plupart des pays francophones, avec des acceptions qui varient fortement selon les textes en question, selon l'époque, le contexte et l'interprétation (cf. Jurisprudence).

Exemple : Au Canada, au début du xx^e siècle, le mot peut prendre un sens particulier lorsqu'associé au qualificatif de « publique ». « Une nuisance publique », dit l'article 221 du Code criminel, est « un acte illégal ou l'omission de remplir un devoir légal, lequel acte ou laquelle omission a pour effet de mettre en danger la vie des gens, la sûreté, la salubrité, les biens ou le bien-être du public, ou qui a pour effet de gêner ou d'entraver le public dans l'exercice ou la jouissance d'un droit commun à tous les sujets de Sa Majesté ».

Notons qu'en France, c'est la loi sur l'air qui a rendu obligatoire la prise en compte des impacts sur la santé par les études d'impact.

En 2006, au Royaume uni, une loi a pour la première fois criminalisé les nuisances lumineuses, permettant à un individu de porter plainte contre un voisin lui imposant un éclairage nocturne, en mentionnant explicitement les impacts possibles sur la santé, mais sans employer l'expression "pollution lumineuse" (light pollution)

En droit de l'urbanisme [modifier]

C'est dans le domaine de l'urbanisme que le concept de nuisance s'est le plus développé.

Dans le contexte de la common law britannique, les propriétaires et locataires d'immeubles ont droit à la jouissance tranquille de leur biens. Si un voisin interfère, que ce soit par la production de bruit, d'odeurs, de pollution ou toute autre condition qui dépasse les frontières de sa propriété, la personne affectée peut demander réparation pour la nuisance causée.

Dans les lois, le terme « nuisance » est traditionnellement utilisé dans trois sens :

• 1) pour décrire l'activité ou la condition qui est nuisible aux autres (e.g., une cheminée polluante, un tas de rebuts)
• 2) pour décrire le tort causé par cette activité ou condition (e.g., la fumée, l'odeur)
• 3) pour décrire l'obligation légale soulevée par la combinaison des deux.

Le développement du zonage a été un remède partiel aux problèmes de nuisances en isolant les activités productrices de nuisances dans des zones précises du territoire urbain.

Notes [modifier]

Voir aussi [modifier]

• Nuisances lumineuses
• Bourdonnement

Liens externes [modifier]

• Dictionnaires

1. www.fnh.org/naturoscope/abc/n.htm
2. Dictionnaire français du développement durable, notamment préparé pour Joburg ; www.planetecologie.org/JOBOURG/Français/dictionnaire3.html
3. www.aon.ca/francais/ars/insterms/glossarynof.htm

En organologie, on appelle caisse de résonance la partie d'un instrument qui a pour rôle de recevoir et d'amplifier la vibration produite par la ou les corde(s), ou par la membrane. Cette partie creuse transmet au volume d'air contenu dans la cavité qu'elle constitue les vibrations, afin de transformer cette dernière en son musicalement satisfaisant.

Dans la famille des instruments à cordes — violon, guitare, luth, etc. — la caisse de résonance se compose d'une table d'harmonie et d'un fond relié par des éclisses.

Le timbre, l'intensité et la durée du son obtenu dépendent du volume, de la forme et de la matière de la caisse de résonance. Tous ces facteurs collaborent à donner à l'instrument une valeur subjective de sa sonorité, qu'on appelle souvent la « projection » et qui correspond à la puissance sonore qu'il est capable de développer par son amplification naturelle du son.

Quelques exemples de caisses de résonance « de fortune » ou encore « primitives » : un bidon, une poterie, une calebasse, la bouche — pour la guimbarde par exemple, les deux mains disposées enporte-voix, etc.

Au cours du temps, afin d'améliorer le son rendu par l'instrument, les caisses de résonances se sont très largement améliorées. Une des principales différences entre celle d'un instrument classique et une primitive provient des barrages. En effet, une caisse de résonance d'instrument est loin d'être une simple boîte ou caisse en bois. En son sein, collées sur la table d'harmonie et sur le fond, des pièces de bois rectangulaires guident le son et favorisent l'émergence d'une harmonie. Selon la complexité du barrage et sa qualité, les instruments diffèrent en puissance et sonorité.

La caisse de résonance, qui donne toute sa puissance sonore à un instrument, n'est pas la seule partie qui contribue à « fabriquer » le son : toutes les parties entrant en vibration, notamment le manche sur les instruments tels le violon ou la guitare, ont une influence sur les sonorités jouées et perçues – sans parler des influences des matériaux sur le timbre général. Par exemple, on peut faire ressentir un effet de vibrato particulier en agitant par saccades le manche d'une guitare.