Première Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Physique – Ondes | Son et acoustique
Dernière mise à jour : 10 juin 2026, 01:25
Objectifs du chapitre
Comprendre que la propagation du son nécessite un milieu matériel
Connaître la vitesse du son dans différents milieux
Utiliser la relation \(\lambda = c_{\text{son}} \times T\)
Définir le niveau d'intensité acoustique en décibels (dB)
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 peut dépasser 100 dB, bien au-dessus du seuil de danger (85 dB). 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 : obligation réglementaire à partir de 85 dB (port de protections)
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.
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.
2.2. Vitesse du son
Définition
La vitesse du son (ou célérité) dépend du milieu de propagation. Elle est plus grande dans les solides que dans les liquides, et plus grande dans les liquides que dans les gaz.
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
0 m/s
Le son ne se propage pas
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 :
\(d = v_{\text{son}} \times t = 340 \times t\)
Si on compte 6 secondes : \(d = 340 \times 6 = 2\,040\) m ≈ 2 km.
Application
Un menuisier frappe un panneau en chêne avec un maillet à une extrémité d'une poutre 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 \(T = \dfrac{1}{f}\)
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 (les obstacles de petite taille devant \(\lambda\) sont peu efficaces).
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 de 20 Hz : infrasons (imperceptibles, mais ressentis par le corps)
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
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. 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.
4. Intensité sonore et niveau acoustique
4.1. Intensité sonore
Définition
L'intensité sonore \(I\) est la puissance acoustique reçue 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).
Le niveau d'intensité acoustique se mesure avec un sonomètre (ou un capteur relié à un système d'acquisition). C'est l'appareil utilisé sur les chantiers et dans les ateliers pour contrôler l'exposition au bruit.
Attention
L'échelle des décibels est logarithmique :
+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
Seuil d'audibilité
Silence
30
Chuchotement
Très calme
50
Conversation normale
Modéré
70
Aspirateur
Gênant
85
Seuil de danger
Risque auditif (8h)
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 fonctionne seule à un niveau de \(L_1 = 95\) dB. On démarre une seconde scie identique à côté de la première (deux sources d'égale intensité). Quel est le nouveau niveau sonore total \(L_2\) ?
Donc \(L_2 = 95 + 3 = \mathbf{98}\) dB. Loin du « 95 + 95 = 190 dB » : on dépasse seulement le seuil de 3 dB. Ce résultat justifie le port systématique de protections quand plusieurs machines tournent en même temps.
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.
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
Il faut s'éloigner de 8 m pour passer sous le seuil de danger (85 dB) !
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)
La surdité professionnelle est la première maladie professionnelle dans les métiers du bois.
6.2. Réglementation
Niveau (dB)
Obligation
≥ 80 dB (8h)
L'employeur doit mettre à disposition des protections auditives
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 : bouchons d'oreilles (atténuation 15-25 dB), casque anti-bruit (atténuation 25-35 dB), casque anti-bruit actif (atténuation 30-40 dB)
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
8. Résumé du chapitre
Formules et résultats essentiels
Grandeur
Formule / Valeur
Unités
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
Niveau sonore
\(L = 10 \log(I/I_0)\)
dB
Seuil de danger
85 dB (exposition 8h)
dB
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.