Première Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Physique – Ondes | Son et acoustique
Dernière mise à jour : 14 août 2026, 17:20
Objectifs du chapitre
Comprendre que la propagation du son nécessite un milieu matériel
Connaître la vitesse du son dans différents milieux
Utiliser la relation \(\lambda = c_{\text{son}} \times T\)
Savoir qu'une onde sonore est une variation de pression et qu'un microphone la mesure
Définir le niveau d'intensité acoustique en décibels (dB)
Savoir qu'un son s'atténue quand la distance à la source augmente
Connaître les seuils de dangerosité et les moyens de protection
Définir le domaine audible : 20 Hz à 20 kHz
1. Situation professionnelle
Contexte : Le bruit en atelier de menuiserie
Un atelier de menuiserie est un environnement bruyant : scie circulaire, raboteuse, défonceuse, compresseur... Le niveau sonore instantané peut dépasser 100 dB. Le risque dépend du niveau, de la durée et de l'ensemble des expositions de la journée. Un menuisier agenceur doit comprendre les risques liés au bruit, les moyens de protection et les principes de l'isolation phonique pour ses projets d'agencement intérieur.
Le son intervient dans les métiers du bois sous plusieurs aspects :
Protection auditive : évaluation de l'exposition quotidienne, réduction à la source et protections adaptées ; les valeurs d'action sont 80 et 85 dB(A), la valeur limite 87 dB(A)
Isolation phonique : conception de cloisons, planchers et plafonds acoustiques en agencement
Confort acoustique : choix de matériaux absorbants pour les projets d'aménagement intérieur
2. Propagation du son
2.1. Le son est une onde mécanique
Définition
Le son est une onde mécanique produite par la vibration d'un objet (source sonore). Cette vibration se transmet de proche en proche dans le milieu environnant par des compressions et des raréfactions successives de la matière.
Le son est une onde de pression : l'air est tour à tour comprimé puis dilaté. La distance entre deux compressions est la longueur d'onde \(\lambda\).
Propriété fondamentale
Le son nécessite un milieu matériel pour se propager. Il ne se propage pas dans le vide.
C'est ce qui distingue le son des ondes électromagnétiques (qui, elles, se propagent dans le vide).
Expérience de la cloche sous vide
On place un réveil qui sonne sous une cloche en verre. Si on fait le vide dans la cloche (on retire l'air), le son disparaît progressivement. Quand on remet l'air, le son revient. Cela prouve que le son a besoin d'air (ou d'un autre milieu) pour se propager.
Sous vide, le réveil sonne toujours mais on n'entend plus rien : le son a besoin d'un milieu matériel pour se propager.
2.2. Vitesse du son
Définition
La vitesse du son (ou célérité) dépend notamment de la rigidité et de la masse volumique du milieu. Dans les matériaux du tableau ci-dessous, elle est plus grande dans le bois et l'acier que dans l'eau, et plus grande dans l'eau que dans l'air ; ce classement n'est pas une règle universelle pour tous les matériaux.
Milieu
Vitesse du son (m/s)
Exemple
Air (20°C)
340 m/s
Atelier, salle
Eau
1 500 m/s
Piscine, mer
Bois (chêne)
3 500 – 4 000 m/s
Panneau, poutre
Acier
5 000 m/s
Tuyau, poutrelle
Vide
—
Le son ne se propage pas (il n'a pas de « vitesse nulle » : il n'existe pas sans matière)
Dans les milieux du tableau, le son se propage plus vite dans le bois et l'acier que dans l'eau, et plus vite dans l'eau que dans l'air — et pas du tout dans le vide.
Attention
La vitesse du son dans l'air dépend de la température : elle augmente d'environ 0,6 m/s par degré Celsius
Ne pas confondre la vitesse du son (~340 m/s) avec la vitesse de la lumière (~3 × 10⁸ m/s, soit environ 900 000 fois plus rapide)
Exemple : L'orage
On voit l'éclair avant d'entendre le tonnerre car la lumière se propage beaucoup plus vite que le son. En comptant les secondes entre l'éclair et le tonnerre, on peut estimer la distance de l'orage :
\(d = c_{\text{son}} \times t = 340 \times t\)
Si on compte 6 secondes : \(d = 340 \times 6 = 2\,040\) m ≈ 2 km.
Application
Un menuisier frappe d'un coup de maillet l'extrémité d'une poutre en chêne de 8 m. Un collègue, l'oreille collée à l'autre extrémité, perçoit le choc. Estimer le temps mis par le son pour traverser la poutre, puis comparer à la durée mise par le son qui aurait voyagé dans l'air sur la même distance. Données : \(c_{\text{bois}} = 4\,000\) m/s ; \(c_{\text{air}} = 340\) m/s.
Dans le bois : \(t_1 = \dfrac{d}{c_{\text{bois}}} = \dfrac{8}{4\,000} = 2{,}0 \times 10^{-3}\) s = 2 ms.
Dans l'air : \(t_2 = \dfrac{d}{c_{\text{air}}} = \dfrac{8}{340} \approx 2{,}4 \times 10^{-2}\) s ≈ 24 ms.
Le son va environ \(t_2/t_1 \approx 12\) fois plus vite dans le bois que dans l'air. C'est pour cela qu'on entend le choc d'une scie sur la pièce avant le bruit transmis par l'air.
\(c_{\text{son}}\) : vitesse du son dans le milieu, en m/s
\(T\) : période, en s
\(f\) : fréquence, en Hz
Rappel : \(f = \dfrac{1}{T}\) et \(T = \dfrac{1}{f}\)
Fréquence et longueur d'onde d'un son
Dans l'air (c = 340 m/s), un son aigu (f grand) a une petite longueur d'onde, un son grave (f petit) une grande longueur d'onde. Fais varier la fréquence :
Exemple : Son d'une scie circulaire
Le son caractéristique d'une scie circulaire en fonctionnement a une fréquence d'environ 3 000 Hz.
\(\lambda = \dfrac{c_{\text{son}}}{f} = \dfrac{340}{3\,000} = 0{,}113\) m ≈ 11,3 cm
\(T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{3\,000} = 3{,}33 \times 10^{-4}\) s ≈ 0,33 ms
Application
Un aspirateur à copeaux émet un bruit de fréquence \(f = 250\) Hz dans l'air à 20 °C (\(c = 340\) m/s). Calculer la longueur d'onde \(\lambda\) et la période \(T\) de cette onde sonore.
\(\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{340}{250} = \mathbf{1{,}36}\) m.
Une fréquence de 250 Hz est un son grave : sa longueur d'onde est plus grande qu'un son aigu. C'est pourquoi les graves traversent plus facilement les cloisons : par inertie, une paroi suit d'autant moins la vibration que la fréquence est élevée, donc elle atténue mieux les aigus que les graves (loi de masse, voir § 7).
3.2. Domaine audible
Définition
L'oreille humaine perçoit les sons dont la fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz (20 kHz). C'est le domaine audible.
En dessous d'environ 20 Hz : infrasons (généralement inaudibles, mais parfois perceptibles à niveau élevé)
Au-dessus de 20 kHz : ultrasons (utilisés en médecine, nettoyage industriel)
Propriété
Un son de basse fréquence est perçu comme grave (grosse caisse, basse)
Un son de haute fréquence est perçu comme aigu (sifflet, scie circulaire)
La sensibilité de l'oreille diminue avec l'âge, surtout pour les hautes fréquences
Application — Audible, infrason ou ultrason ?
Dans un atelier d'agencement, trois sources émettent chacune une fréquence bien définie : le balourd d'un compresseur à \(f_1 = 15\) Hz, le sifflement d'une toupie à \(f_2 = 900\) Hz, et une cuve de nettoyage à ultrasons pour la petite quincaillerie à \(f_3 = 35\,000\) Hz. Pour chaque source, indiquer si le son est perçu par l'oreille (audible), ou s'il s'agit d'un infrason ou d'un ultrason.
Le domaine audible s'étend de 20 Hz à 20 000 Hz.
\(f_1 = 15\) Hz \(< 20\) Hz : c'est un infrason, généralement inaudible mais qui peut être perçu ou ressenti à niveau élevé.
\(f_2 = 900\) Hz : compris entre 20 Hz et 20 000 Hz, ce son est audible.
\(f_3 = 35\,000\) Hz \(> 20\,000\) Hz : c'est un ultrason, inaudible à cette fréquence. La machine peut néanmoins produire d'autres composantes audibles ; « ultrasonore » ne signifie donc pas « silencieuse ».
3.3. Pression acoustique et microphone
Définition
La pression acoustique est la variation de pression de l'air causée par le passage d'une onde sonore ; elle s'exprime en pascals (Pa). Un microphone convertit ces variations de pression en un signal électrique.
Le microphone est un capteur de pression acoustique. Le signal électrique obtenu reproduit la forme de l'onde sonore : on peut l'afficher sur un oscilloscope ou le traiter numériquement.
Un son pur affiché à l'oscilloscope est une sinusoïde périodique : la période \(T\) est la durée d'un motif qui se répète, et la fréquence vaut \(f = \dfrac{1}{T}\).
4. Intensité sonore et niveau acoustique
4.1. Intensité sonore
Définition
Une onde sonore transporte de l'énergie : c'est cette énergie qui fait vibrer le tympan.
L'intensité sonore \(I\) est la puissance moyenne transportée par unité de surface. Elle s'exprime en W/m² (watt par mètre carré).
4.2. Niveau d'intensité acoustique
Définition
Le niveau d'intensité acoustique \(L\) (ou niveau sonore) s'exprime en décibels (dB). Il est défini par :
\[ L = 10 \times \log\left(\frac{I}{I_0}\right) \]
avec \(I_0 = 10^{-12}\) W/m² (seuil d'audibilité).
Application — De l'intensité au décibel
Près d'un aspirateur à copeaux en marche, l'intensité sonore vaut \(I = 1{,}0 \times 10^{-5}\) W/m². Calculer le niveau d'intensité acoustique \(L\) correspondant. Donnée : \(I_0 = 10^{-12}\) W/m².
On retrouve l'ordre de grandeur annoncé pour un aspirateur dans le tableau des niveaux sonores. Ce niveau ponctuel ne suffit pas à conclure sur l'exposition professionnelle quotidienne.
Un sonomètre mesure en pratique un niveau de pression acoustique. Un dosimètre ou des mesures représentatives des tâches permettent ensuite d'évaluer l'exposition au bruit sur la journée.
Les seuils réglementaires du § 6.2 sont exprimés en dB(A) : c'est un niveau pondéré A, qui tient compte de la sensibilité de l'oreille selon la fréquence. Le sonomètre applique cette pondération ; un niveau en dB(A) et un niveau en dB ne se comparent donc pas directement.
Attention
L'échelle des décibels est logarithmique :
environ +3 dB = intensité doublée
+10 dB = intensité multipliée par 10
+20 dB = intensité multipliée par 100
Un son de 90 dB n'est pas « un peu plus fort » que 80 dB : il est 10 fois plus intense !
4.3. Échelle des niveaux sonores
Niveau (dB)
Source
Perception
0
Niveau de référence proche du seuil d'audibilité
Ce n'est pas le silence absolu
30
Chuchotement
Très calme
50
Conversation normale
Modéré
70
Aspirateur
Gênant
85 dB(A)
Valeur d'exposition supérieure
Concerne le niveau d'exposition quotidienne \(L_{EX,8h}\) — moyenne sur 8 h, voir § 6.2 — pas une mesure ponctuelle
95-105
Scie circulaire, raboteuse
Dangereux
110
Concert, tronçonneuse
Très dangereux
120
Seuil de douleur
Douloureux
140
Avion au décollage
Lésions immédiates
Application
Dans un atelier, une scie circulaire produit en un point un niveau \(L_1 = 95\) dB. On démarre une seconde source identique, indépendante et non corrélée, qui produit seule le même niveau au même point. Quel est le nouveau niveau total \(L_2\) ?
Donc \(L_2 = 95 + 3 = \mathbf{98}\) dB. Les décibels ne s'additionnent pas directement. La prévention se décide ensuite à partir de l'évaluation de l'exposition, en privilégiant la réduction à la source et les mesures collectives.
5. Atténuation du son avec la distance
Propriété
L'intensité sonore diminue quand on s'éloigne de la source. Pour une source ponctuelle en champ libre, l'intensité est inversement proportionnelle au carré de la distance :
\[ I \propto \frac{1}{d^2} \]
Doubler la distance divise l'intensité par 4, ce qui correspond à une diminution de 6 dB.
À chaque fois que l'on double la distance à la source, le niveau sonore baisse de 6 dB : c'est la conséquence de \(I \propto \dfrac{1}{d^2}\).
Exemple : Scie circulaire
À 1 m d'une scie circulaire, le niveau sonore est de 100 dB.
À 2 m : environ 100 − 6 = 94 dB
À 4 m : environ 100 − 12 = 88 dB
À 8 m : environ 100 − 18 = 82 dB
Le modèle de champ libre prédit 82 dB à 8 m. Dans un atelier, les réflexions et les autres sources peuvent modifier cette valeur ; elle ne doit pas être confondue avec une exposition quotidienne sur 8 heures.
Application — S'éloigner de la défonceuse
À 1 m d'une défonceuse en fonctionnement, on mesure 96 dB. Dans un modèle de source ponctuelle en champ libre, estimer le niveau à 2 m puis à 4 m. Peut-on conclure, avec cette seule valeur à 4 m, que l'exposition quotidienne du poste est conforme ?
De 1 m à 2 m, la distance double : \(96 - 6 = \mathbf{90}\) dB.
De 2 m à 4 m, la distance double encore : \(90 - 6 = \mathbf{84}\) dB.
Le modèle prédit 84 dB à 4 m. On ne peut pas conclure sur la conformité : 85 dB(A) est une valeur d'exposition quotidienne \(L_{EX,8h}\) (moyenne sur 8 h, voir § 6.2), alors que 84 dB est ici une mesure ponctuelle modélisée. Il faut tenir compte de la durée, des autres tâches, des réflexions du local et des autres sources.
6. Protection auditive
6.1. Effets du bruit sur l'oreille
Danger
Fatigue auditive : diminution temporaire de l'audition après exposition au bruit (réversible)
Acouphènes : bourdonnements ou sifflements dans les oreilles (souvent irréversibles)
Surdité professionnelle : perte définitive de l'audition due à l'exposition prolongée au bruit (irréversible)
Les expositions répétées peuvent provoquer des lésions auditives irréversibles ; le risque doit être réduit sans attendre l'apparition de symptômes.
6.2. Réglementation
Les valeurs ci-dessous portent sur le niveau d'exposition quotidienne \(L_{EX,8h}\), moyenne énergétique rapportée à 8 heures. Pour plusieurs phases de durée \(T_i\) en heures et de niveau \(L_i\) :
Valeur inférieure : information et formation, protecteurs mis à disposition, examen audiométrique préventif possible
≥ 85 dB(A)
Valeur supérieure : programme de réduction, signalisation et limitation d'accès ; les protecteurs doivent être effectivement portés
87 dB(A)
Valeur limite à ne pas dépasser, après prise en compte de l'atténuation des protecteurs
6.3. Moyens de protection
Les 3 niveaux de protection contre le bruit
À la source : machines moins bruyantes, capotage des machines, entretien régulier (lames affûtées)
Sur le trajet : écrans anti-bruit, isolation phonique de l'atelier, éloignement des postes de travail
Au niveau du récepteur : protecteurs auditifs choisis selon le spectre, l'exposition, la compatibilité avec les autres EPI et le travail à réaliser. Leur efficacité réelle dépend fortement du choix, de l'ajustement et du port continu ; les valeurs du fabricant ne sont pas une atténuation garantie en situation de travail.
7. Isolation phonique en agencement
Application professionnelle
Un aménageur d'intérieur doit souvent concevoir des cloisons offrant une bonne isolation phonique. Les principes physiques utilisés sont :
Masse : plus une paroi est lourde, plus elle atténue le son (loi de masse)
Désolidarisation : une double paroi avec un espace d'air entre les deux (principe masse-ressort-masse) est plus efficace qu'une paroi simple de même masse
Absorption : les matériaux poreux (laine de bois, laine de roche) absorbent l'énergie sonore en la transformant en chaleur
Type de cloison
Affaiblissement acoustique
Cloison plaque de plâtre simple (72 mm)
≈ 35 dB
Cloison plaque de plâtre double + laine (120 mm)
≈ 50 dB
Cloison bois massif (80 mm)
≈ 35 dB
Cloison bois + isolant + bois (140 mm)
≈ 45 dB
Ces valeurs sont seulement des ordres de grandeur illustratifs. L'affaiblissement réel dépend de l'assemblage complet, des liaisons, des fuites, de la mise en œuvre et de la méthode d'essai ; il ne se déduit pas de la seule épaisseur.
8. Résumé du chapitre
Formules et résultats essentiels
Grandeur
Formule / Valeur
Unités
Milieu de propagation
un milieu matériel est nécessaire (aucune propagation dans le vide)
—
Longueur d'onde
\(\lambda = c_{\text{son}} \times T = c_{\text{son}} / f\)
m
Vitesse du son (air)
≈ 340 m/s
m/s
Domaine audible
20 Hz – 20 kHz
Hz
Pression acoustique
variation locale de pression, mesurée par un microphone
Pa
Niveau sonore
\(L = 10 \log(I/I_0)\)
dB
Valeur d'exposition supérieure
\(L_{EX,8h}=85\) dB(A)
dB(A)
Seuil de douleur
120 dB
dB
Atténuation / distance
−6 dB quand d est doublée
—
Seule la formule \(\lambda = c_{\text{son}} \times T\) est à connaître par cœur. La formule du niveau sonore est fournie en évaluation ; pour l'atténuation, il suffit de savoir qu'un son s'affaiblit quand la distance augmente.