Bang supersonique - Définition

Introduction

Le bang supersonique caractérise le bruit causé par une onde de choc d'un objet physique comme un avion (ou le bout d'un fouet) qui atteint une vitesse supersonique équivalente à celle du mur du son.

Causes

On peut définir pour tout milieu une vitesse de propagation des déformations mécaniques qu'on lui applique.

Cette vitesse de propagation des déformations est appelée vitesse du son. Elle dépend des conditions qui règnent dans le milieu. On la note c (à ne pas confondre avec la vitesse de la lumière dans le vide).

Par exemple, pour l'air, à une température de 20 °C et à une pression normale, cette vitesse est de 340 m/s.

Si on déplace un mobile dans ce milieu, il est facile de comparer sa vitesse v à c :

• si v / c < 1 on dit que la vitesse du mobile est subsonique ;

• si le régime est dit transsonique ;

• si v / c > 1 le régime est dit supersonique ;

• si v / c > > 1 le régime est dit hypersonique.

Le bang supersonique se produit lorsque le mobile se déplace à une vitesse supérieure à la vitesse du son.

Description physique

Contrairement à une idée reçue, le bang supersonique n'est pas causé par le franchissement du mur du son, mais par la propagation d'une onde de choc derrière le mobile lorsque sa vitesse est supérieure à celle du son.

Le cas le plus fréquent lorsque l'on parle de bang supersonique est celui d'un avion (par exemple le Concorde), bien que le phénomène explique également le claquement produit par un fouet.

Lorsque l'avion se déplace dans l'air, se forme une onde de choc, causée par la rencontre entre toutes les parties avant (nez, bord d'attaque des ailes) qui se déplacent, et l'air qu'il traverse qui est immobile par rapport à lui. Cette onde de choc se déplace à la vitesse du son.

• Tant que l'avion se déplace à une vitesse subsonique, cette onde se déplace vers l'avant de l'appareil.

• Au régime transsonique, cette onde s'accumule devant l'avion, ce qui entraîne une forte augmentation de la résistance de l'air. C'est le mur du son.

• À une vitesse supersonique, l'onde de choc s'écoule derrière lui. À la manière du sillage d'un bateau se déplaçant à une vitesse élevée, cette onde s'accumule sur un cône, appelé cône de Mach.

Ce cône correspond à une concentration des ondes sonores derrière l'appareil, qui est perçue comme un choc sonore, le bang.

Il y a en fait création de 2 ondes de chocs :

• une onde de choc de compression : le bord d'attaque de l'aile comprime l'air,
• et une onde de choc de décompression : l'air comprimé qui arrive au bout de l'aile se détend brutalement.

C'est pourquoi on parle de double bang supersonique. En pratique, ces deux bangs sont tellement rapprochés qu'il est difficile à l'oreille d'en entendre deux.