Bangs supersoniques

Vous est-il déjà arrivé d’entendre un grand bruit en observant des avions passer au-dessus de vos têtes ? Si tel est le cas, cela signifie que ces avions ont franchi le mur du son, c’est à dire la vitesse de 340 mètres par seconde, soit 1200 kilomètres par heure. Comment et pourquoi ce bang supersonique se produit-il? Pour en comprendre l’origine, il faut d’abord savoir ce qu’est le son..

Qu’est ce que le son ?

Le son est une onde.
Sur la photo ci-dessous, un caillou a été lâché au-dessus de l’eau, formant ainsi de petites vaguelettes circulaires s’éloignant du centre. C’est ce que l’on appelle une onde!
Il en existe de différents types et celle qui nous intéresse aujourd’hui, c’est l’onde sonore.

Une onde sonore est produite grâce à la vibration du milieu dans lequel elle se propage. Ce milieu, qui peut être solide (métal), liquide (eau) ou gazeux (air), est constitué de molécules. Pour qu’il y ait création d’un son, il faut donc faire vibrer ces molécules.

Une première molécule va s’agiter, puis, frapper ses molécules voisines qui, à leur tour, vont s’agiter et frapper, de nouveau, d’autres molécules etc. Les molécules s’entrechoquent donc les unes contre les autres, se rapprochant et s’éloignant ainsi de façon plus ou moins régulière. Des zones de compression et de dépression sont alors créées, permettant à l’onde sonore de se propager.

Pour illustrer mon propos, prenons l’exemple d’une corde de guitare. En la frottant, elle se met à vibrer, provoquant ainsi l’agitation des molécules se trouvant dans l’air environnant. L’onde sonore peut ainsi se propager et parvient alors à nos oreilles au bout d’un certain temps, correspondant à la vitesse du son dans l’air, qui est de 340 m/s(1).

Le mur du son

Lorsqu’un avion vole, il met en mouvement les molécules d’air qu’il croise, produisant des ondes sonores. Afin de comprendre pourquoi un bang retentit quand un avion franchit le mur du son, nous allons voir 4 situations différentes.

  • Tout d’abord, l’avion est immobile. Les ondes sonores, générées par le moteur de l’appareil, se propagent en cercles concentriques et dans toutes les directions.
    Situation 1 – avion à l’arrêt
  • L’avion vole maintenant à une vitesse inférieure à celle du son : le vol est dit subsonique.
    Dans cette situation, les ondes sonores, générées par l’avion, ont le temps de s’éloigner de lui. Le son que l’on peut entendre au passage d’un avion subsonique correspond aux zones de compression et de dépression créées dans l’air.

    Situation 2 – avion subsonique
  • Dans cette troisième situation, l’avion vole à la même vitesse que celle du son : le vol est transsonique.
    L’avion va donc aussi vite que les ondes sonores qu’il génère. Les ondes s’accumulent  devant le nez de l’avion et forment ainsi une sorte de mur, le mur du son, où la pression est très forte.

    Situation 3 – avion transsonique
  • Enfin, l’avion vole à une vitesse supérieure à celle du son : le vol est supersonique.
    L’avion dépasse les ondes qu’il a créées. Les points de surpression (où se rejoignent les cercles sur le schéma ci-dessous) forment une enveloppe appelée le cône de Mach. L’air y est tellement comprimé qu’il se forme une onde de choc créant ainsi le fameux bang supersonique. Ce dernier persiste tant que la vitesse de l’avion dépasse celle du son. 
Situation 4 – avion supersonique

Le premier pilote à franchir le mur du son fut l’américain Chuck Yeager, le 14 Octobre 1947, dans un avion Bell X-1. 65 ans plus tard, Félix Baumgartner est le premier homme à franchir le mur du son en chute libre.

Chuck Yeager devant l’avion Bell X-1

Pour finir, voici une vidéo regroupant quelques bangs supersoniques.

Image de prévisualisation YouTube

(1) La vitesse du son dans l’air dépend de la température. A une température de 15°C, la vitesse du son dans l’air est égale à 340 m/s. Lorsque la température augmente, la vitesse augmente.

Amélie Cabasse

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