Soutenance mémoire
Depuis longtemps, les ondes sonores ou sons ou ondes acoustiques (Andiamanantena, 2014) notamment la voix humaine et la musique font partie de notre quotidien : si elles sont banales et sans intérêt pour les uns, d’autres en font une passion. Ce sont des phénomènes physiques très complexes qui possèdent de nombreuses propriétés caractéristiques. Dans les classes secondaires, lorsqu’on parle d’onde, on se limite sur les ondes de surface d’un liquide et les ondes lumineuses. Or il existe encore des ondes telles que les ondes sonores et les ondes sismiques. Donc pour améliorer l’enseignement, nous sommes persuadés que le programme scolaire de la science physique à besoin de mise à jour car il ne permettra pas de suivre l’évolution de la technologie actuel surtout l’évolution des exploitations des ondes sonores.
GENERALITE SUR L’ONDE SONORE
DEFINITION D’UNE ONDE SONORE
On appelle « ondes sonores » ou « ondes acoustiques » ou « sons », la propagation d’une perturbation mécanique dans un milieu matériel élastique, produisant sur son passage une variation de la pression du milieu de propagation (Lurton, 1998).
PRODUCTION D’UNE ONDE SONORE
Sous l’action d’une force extérieur, on peut déplacer une molécule d’un milieu élastique au repos (Morgane et al., 2014). Lorsque les molécules du milieu de propagation se mettent en vibration, il est nécessaire qu’une structure entre en contact avec ces molécules, se mette en vibration et transmette ses vibrations.
Ainsi, une onde sonore est une conséquence d’un mouvement vibratoire d’un corps dans un milieu matériel élastique: vibration d’une corde vocale, vibration d’une membrane d’un haut parleur, vibration d’un diapason,…
NATURE DE PROPAGATION DE L’ONDE SONORE
En effet, le mouvement vibratoire de la membrane provoque la compression (C) de l’air de son voisinage, suivie systématiquement d’une raréfaction (R). La grandeur physique qui caractérise ces deux types de déformation est la pression (Pire, 2003), c’est-à dire qu’une compression (C) correspond à une augmentation de pression, tandis que la raréfaction (R) correspond à la diminution de pression. C’est ainsi qu’on définit aussi l’onde sonore comme la propagation de la variation de pression de l’air. Le tympan de l’oreille humaine est sensible à cette variation de pression de l’air.
On constate que les déformations (R) et (C) sont parallèles à l’axe de propagation ce qui implique que la propagation de l’onde sonore dans l’air est longitudinale.
➤ Si la vibration est interrompue alors on obtient une onde sonore longitudinale progressive.
➤ Si la vibration est périodique alors le phénomène « compression-raréfaction » se répète périodiquement aussi. On obtient ainsi une onde sonore longitudinale harmonique.
Remarque :
Quand la vibration de la membrane de l’haut parleur est lente, on obtient les sons graves et lorsque la vibration est rapide, on obtient des sons aigus.
CLASSEMENT DES ONDES SONORES SELON LA VALEUR DE SA FREQUENCE
Infrason
L’infrason est une onde sonore de fréquence inférieure à 20 Hz (Dahdouh, 2013). Il est trop grave pour être perceptible par l’oreille humaine, mais peut être ressenti en tant que vibration physique. Les infrasons est un phénomène fréquent et naturel qui fait partie de notre vie quotidienne et de notre environnement. Quelques phénomènes naturels sont de puissants générateurs d’infrasons : chute d’eau, vent, tonnerre, séismes, éruptions volcaniques, vagues océaniques, etc. Dans notre vie de tous les jours, les avions, voitures, les trains et les motos sont susceptible d’émettre des infrasons d’intensité nocive. Les infrasons sont utilisés dans les alarmes, dans la musique électronique, notamment en drum and bass qui favorise l’amplification de ces fréquences. A haute dose, les infrasons sont très dangereux pour la santé de l’homme. Même à faible puissance, lors d’une exposition prolongée, les infrasons peuvent provoquer un malaise physiologique, une fatigue nerveuse, un inconfort aussi bien pour l’homme que pour l’animal. Les infrasons sont audibles par certains animaux comme les éléphants. Ils leur permettent de se communiquer.
Son audible
Les sons audibles sont les ondes sonores dont le domaine de la fréquence est compris entre 20 à 20000Hz. Ce sont les ondes sonores que les êtres humains peuvent entendre, avec des différences selon l’âge : les plus jeunes entendent mieux les sons de plus grande fréquence, c’est-a-dire les sons aigus. A titre de comparaison, la voix humaine couvre les notes fondamentales de 80Hz (basses extrêmes) à 1200Hz (sopranos) mais le spectre de la voix couvre, par ses harmoniques, jusqu’à 3800Hz. L’être humain produit le son audible à partir de la vibration de la corde vocale et la glotte, créant des pulsations périodiques de l’air envoyé par les poumons. Ensuite, ces pulsations sont transmises au filtre, c’est-à dire le conduit vocal, qui accentue certains modes de vibrations. Si les cordes vocales vibrent rapidement, c’est le cas des femmes, la fréquence est élevée, et la voix produite est aigüe. Inversement, si elles vibrent lentement, c’est le cas des hommes, la fréquence est basse et le son est grave (Pietquin, 2008). Les hauts parleurs produisent aussi ce son audible, ils sont des transducteurs électroacoustiques qui transforment l’énergie électrique en énergie sonore. Pour cela il y a une bobine qui va recevoir le signal électrique et créer à partir de celle-ci un petit champ magnétique. Elle est ensuite attirée ou repoussée par l’aimant solidaire de l’armature. Cette petite bobine qui oscille est reliée à la membrane de l’haut parleur, elle vibre donc en même temps. La succession de ces vibrations comprime ou détend l’air, ce qui produit une onde sonore (Maillard & Lamy, 2002).
Ultrason
Les ultrasons sont des ondes sonores de fréquence supérieure à la fréquence de coupure de l’oreille humaine, soit environ 20000Hz ou 20kHz (Devaux, 2009), et allant jusqu’aux fréquences d’agitation thermique des molécules (soit 10¹³ Hz ou 10THz). Ce domaine de fréquence est très large et les longueurs d’onde associées sont de l’ordre de décimètre jusqu’au nanomètre. Au-delà de 10¹¹Hz, on parle d’hypersons. Le biologiste italien Lazzaro Spallanza a découvert et démontre en 1794 que l’habilité des chauves-souris à se déplacer dans l’obscurité était due au fait qu’elles pouvaient émettre et recevoir des ondes sonores à hautes fréquences et inaudibles pour l’oreille humain afin de se repérer. C’est l’écholocation. Mais la discipline des ultrasons est véritablement née au cours de la première guerre mondiale, avec l’idée de P. Langevin d’utiliser la piézoélectricité pour produire et recevoir des ultrasons, dans le but de détecter les sous-marins. Plus tard les recherches ont menés à la mise au point de l’échographie ultrasonore, deuxième stade d’évolution des ultrasons après le sonar, qui est une technique d’imagerie à ultrasons.
Grâce à leurs vibrations mécaniques, il existe des objets qui émettent des ultrasons de manière analogue à un diapason :
♦ Les transducteurs mécaniques sont composés d’un solénoïde (bobine de fil servant à générer un champ magnétique longitudinal en son centre) qui émet un champ magnétique faisant vibrer une membrane, c’est le principe de fonctionnement des hauts parleurs.
♦ Les générateurs mécaniques consistent en une cavité dont la forme et le volume sont adaptés. La fréquence et la puissance du signal dépendent de la vitesse du fluide entrant. Avec un fluide poussé à une vitesse supersonique, on peut atteindre une fréquence de 100 KHz.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : REPERES THEORIQUES
CHAPITRE I : GENERALITE SUR L’ONDE SONORE
I-1 Définitions d’une onde sonore
I-2 Production d’une onde sonore
I-3 Nature de propagation d’une onde sonore
I-4 Fréquence d’une onde sonore
I-5 Classement des ondes sonores en fonction de leurs fréquences
I-5-1 Infrason
I-5-2 Son audible
I-5-3 Ultrason
I-6 Le timbre d’une onde sonore
I-6-1 Onde sonore sinusoïdale (son simple)
I-6-2 Onde sonore non sinusoïdale (son complexe)
I-6-2-1 Les ondes sonores périodiques
I-6-2-2 Les ondes sonores non périodiques
I-7 Intensité sonore
CHAPITRE II : PROPAGATION DES ONDES SONORES DANS UN MILIEU MATERIEL
II-1 Vitesse de propagation d’une onde sonore
II-1-1 Vitesse de propagation d’une onde sonore dans le cas du gaz parfait
II-1-2 Vitesse de propagation d’une onde sonore dans l’air
II-1-3 Vitesse de propagation d’une onde sonore dans le liquide
II-1-4 Vitesse de propagation d’une onde sonore dans le solide
II-2 La longueur d’onde d’une onde sonore
II-3 Influence d’autres paramètres physiques sur la propagation d’une onde sonore
II-3-1 Influence du vent sur la propagation d’une onde sonore dans l’air
II-3-2 Influence de la température sur la propagation d’une onde sonore
CHAPITRE III : PROPRIETES PHYSIQUES DES ONDES SONORES
III-1 La réflexion
III-2 L’absorption
III-3 La diffraction
III-4 La réfraction
DEUXIEME PARTIE : ELABORATION ET EXPLOITATION DU DIDACTICIEL
I. LOGICIEL UTILISE POUR LA CONCEPTION DU DIDACTICIEL
II. SRUCTURE GENERALE DU DIDACTICIEL
III. OBJECTIFS
IV. SEQUENCES D’APPRENTISSAGES
1) Présentation du didacticiel
2) Rubriques du Didacticiel
3) Présentation du contenu
4) Objectifs
5) Rappels
6) Guide et consignes d’utilisation
7) Modules d’apprentissages
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
