Chapitre 8 – Propagation d'un signal sonore | Terminale Bac Pro (Grpt 1) | Physique – Acoustique | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 2 mai 2026, 18:42
💡 Notions centrales : leçon. Vitesse du son selon le milieu. Distance d'un obstacle = (c × Δt) / 2 pour un aller-retour.
De la chauve-souris au sous-marin, en passant par le radar de recul des voitures, le même principe physique est utilisé : envoyer une onde, mesurer le temps que met l'écho à revenir, en déduire la distance. C'est l'écholocation. Étude de 3 cas concrets.
L'onde parcourt 2d (aller + retour) en Δt. Donc :
\(d = \dfrac{c \times \Delta t}{2}\)
| Milieu | Vitesse du son c (m/s) |
|---|---|
| Air à 0 °C | 331 |
| Air à 20 °C | 343 |
| Eau douce (20 °C) | 1 480 |
| Eau de mer (15 °C) | 1 520 |
| Acier | 5 000 |
Le son va globalement plus vite dans les solides que dans les liquides, et plus vite dans les liquides que dans les gaz.
Donner la relation entre distance d, vitesse c et durée Δt aller-retour. Pourquoi divise-t-on par 2 ?
Relation : \(d = \dfrac{c \times \Delta t}{2}\)
On divise par 2 car le son parcourt 2 fois la distance d (aller + retour). En Δt, le son parcourt c × Δt = 2d, donc d = (c × Δt) / 2.
Calculer la distance entre la voiture et le mur arrière. (Δt = 5 ms = 0,005 s ; cair,20°C = 343 m/s)
d = (c × Δt) / 2 = (343 × 0,005) / 2 = 1,715 / 2 = 0,86 m ≈ 86 cm
Cohérent : le radar bipe « danger » au-dessous de 30 cm. À 86 cm on entend un bip lent, ce qui correspond à un mur encore à distance de manœuvre.
Calculer la profondeur du fond marin sous le bateau. (Δt = 80 ms = 0,080 s ; ceau de mer = 1 520 m/s)
d = (c × Δt) / 2 = (1 520 × 0,080) / 2 = 121,6 / 2 = 60,8 m
Le bateau pêche au-dessus d'un fond marin à 61 m de profondeur — typique d'une zone côtière.
Un détecteur ultrasonique capte un signal à f = 39 kHz émis par une fuite (bruit ultra-aigu causé par l'air qui s'échappe sous pression).
Calculer la longueur d'onde λ de ce signal dans l'air à 20 °C.
λ = c / f = 343 / 39 000 = 0,0088 m = 0,88 cm = 8,8 mm
Cette très courte longueur d'onde permet une très bonne directivité du détecteur : il « entend » la fuite uniquement quand il est pointé vers elle, ce qui permet de la localiser précisément derrière le mur.
Pour comparaison, à 1 kHz (cri humain), λ = 34 cm — le son va dans toutes les directions et ne permet pas de localisation précise.
Pourquoi tous ces appareils utilisent-ils des ultrasons (> 20 kHz) plutôt que des sons audibles ? Donner 3 raisons.
Un dispositif similaire est-il imaginable dans le vide (par exemple sur la Lune) ? Justifier.
Non, impossible. Le son est une onde mécanique : il a besoin d'un milieu matériel (gaz, liquide, solide) pour se propager. Dans le vide spatial, il n'y a pas de molécules pour transmettre les vibrations.
Pour mesurer une distance dans le vide, on utilise donc des ondes électromagnétiques (lumière, radar) :
Mêmes principes physiques (d = c × t/2), mais avec c = vitesse de la lumière (3 × 10⁸ m/s) au lieu du son.
Rédiger en 5 lignes une synthèse qui répond à la problématique : comment l'écholocation fonctionne et pourquoi elle est si universelle ?
L'écholocation est une technique simple qui exploite la propagation finie du son dans un milieu : on émet un « bip » et on mesure le temps que met l'écho à revenir. Comme le son parcourt 2 fois la distance d (aller + retour), on calcule simplement d = (c × Δt) / 2, en utilisant la vitesse du son dans le milieu adapté (343 m/s dans l'air, 1 520 m/s dans l'eau de mer, 5 000 m/s dans l'acier).
Cette méthode est universelle car elle s'adapte à tous les milieux : l'air pour les radars de recul (~ 1 m), l'eau pour les sondeurs marins (~ 100 m), les solides pour les détecteurs de défauts dans les soudures industrielles. Les chauves-souris et les dauphins l'ont inventée des millions d'années avant nous.
Tous ces appareils utilisent des ultrasons (> 20 kHz) : inaudibles pour l'humain, faisceau étroit pour bien viser, peu d'interférences. Dans le vide, il faut passer aux ondes électromagnétiques (LIDAR, radar) — même principe, vitesse différente.