Ch10 – Propagation son | 1ère ERA-MA | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 14 août 2026, 21:15
Pourquoi une chauve-souris peut-elle voler dans le noir total sans heurter les obstacles ?
Elle émet des ultrasons (20-200 kHz, inaudibles pour l'humain) et écoute leur écho retourné. Le temps de retour donne la distance, l'amplitude donne la taille. C'est le principe de l'écholocation, utilisée aussi par les sous-marins (sonar), les médecins (échographie) et les contrôleurs de qualité bois (détection de pourriture cachée, nœuds internes). Un appareil portatif coûte 1 500-5 000 €.
Marc, expert en charpentes anciennes chez « Charp'Expertise 33 » à Bordeaux, doit examiner une poutre en chêne d'une maison du XVIIIᵉ avant rénovation. Il utilise un détecteur ultrasonore pour identifier d'éventuels défauts cachés (vermoulures, fissures internes).
Calculer la longueur d'onde de l'ultrason 50 kHz dans le chêne sain.
λ = v / f = 4 500 / 50 000 = 0,09 m = 9 cm.
Permet de détecter des défauts > λ/4 = 2,2 cm. Pour défauts plus fins : utiliser fréquence plus élevée.
Vitesse réelle dans la poutre : v_mes = L / t.
v_mes = 5,00 / (1,42 × 10⁻³) = 3 521 m/s.
Inférieure à v₀ référence = 4 500 m/s (chêne sain).
Calculer le rapport v_mes / v₀ et conclure.
v_mes / v₀ = 3 521 / 4 500 ≈ 0,78 = 78 %.
Le bois est 22 % plus lent que du chêne sain. Un tel écart peut signaler :
Le diagnostic doit être confirmé par un sondage au poinçon ou un carottage.
Échelle indicative : v > 4 200 m/s = sain. 3 500-4 200 m/s = surveillance. < 3 500 m/s = défaut significatif. Conclusion ?
3 500 < 3 521 < 4 200 : la poutre se classe en « surveillance », et non en « défaut significatif ». Attention toutefois : elle n'est qu'à 21 m/s du seuil de 3 500 m/s, c'est-à-dire tout en bas de la plage. Le classement n'a donc rien de rassurant, mais il n'impose pas d'action lourde immédiate.
Le montage du Doc 1 (émetteur et récepteur aux deux extrémités) ne donne qu'une seule vitesse moyenne sur les 5 m : il ne localise rien. Pour localiser, Marc place les deux capteurs face à face en travers de la poutre (sur les 20 cm de section) et répète la mesure tous les 50 cm. En travers du fil, le chêne sain donne v ≈ 1 800 m/s. À 2,5 m du départ, il relève 1 100 m/s. Que conclure ?
⚠️ La référence n'est plus 4 500 m/s : cette valeur est longitudinale (dans le fil du bois). En travers des fibres, le bois est bien moins rigide, et le chêne sain ne donne que ≈ 1 800 m/s. C'est à cette référence-là qu'il faut comparer une mesure transversale.
1 100 / 1 800 ≈ 0,61 = 61 % de la référence en travers → défaut sévère localisé, sur les ≈ 50 cm testés autour de 2,5 m.
Cause probable : pourriture humide (infiltration de toiture il y a des années) ou attaque massive d'insectes (capricornes, vrillettes). Section saine fortement réduite à cet endroit.
Recommandation : renforcer — soit poser une moise (poutre supplémentaire jumelée), soit remplacer la portion défaillante. Le dimensionnement de la reprise se confirme auprès d'un bureau d'études bois.
Pour la réparation, Marc calcule la résistance résiduelle. Si 30 % de la section est pourrie, capacité portante restante ?
Capacité ≈ section saine × résistance bois. Avec 30 % de section perdue : 70 % de capacité initiale.
Mais la pourriture concentrée crée un point faible (cisaillement, flambage local) → capacité effective souvent < 60 %.
Règle professionnelle usuelle en expertise : en dessous d'environ 70 % de section saine, on renforce ou on remplace. Ce n'est pas un seuil réglementaire : la décision finale se confirme auprès d'un bureau d'études bois, qui recalcule la poutre sur ses charges réelles.
Avantages des ultrasons vs sondage destructif ?
Limites : ne donne pas la nature exacte du défaut (champignon, insecte, fissure). À combiner avec inspection visuelle et expérience d'expert. Coût d'un appareil portatif : 1 500-5 000 €.
Rapport d'expertise Marc (4 lignes).
Expertise charpente — Marc (Charp'Expertise 33 Bordeaux)
• Poutre chêne 5 m × 20 cm. Ultrasons 50 kHz, mesure d'un bout à l'autre : v_moyenne 3 520 m/s (−22 % vs chêne sain) → classement « surveillance ».
• Balayage transversal tous les 50 cm : zone à 2,5 m à 1 100 m/s, soit 61 % de la référence en travers (1 800 m/s). Pourriture probable (prélèvement de contrôle requis).
• Renforcement (moise) ou remplacement de la portion défaillante ; dimensionnement à confirmer par un bureau d'études bois.
• Coût estimé renforcement : 800-1 200 € main d'œuvre. Sinon ruine à 5-10 ans.
Les ultrasons médicaux (2-15 MHz, encore plus haut que CND bois) traversent les tissus mous (peau, organes) sans les endommager (vitesse 1 540 m/s en moyenne dans le corps).
Ils sont réfléchis aux interfaces (peau/organe, muscle/os, fluide/tissu) → image. C'est l'échographie, technique d'imagerie non irradiante (contrairement aux rayons X) et bon marché.
Applications : suivi de grossesse, diagnostic abdominal, cardiologie. Même principe physique que le sonar bateau ou la chauve-souris, juste à très haute fréquence et avec un capteur informatisé qui reconstruit l'image en temps réel.
📚 §2 (Propagation son) + §3 (Caractéristiques) de la leçon Ch10.