Bang supersonique - Définition et Explications

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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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) milieu une vitesse (On distingue :) 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 (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène ondulatoire), est une constante...) dans le vide).

Par exemple, pour l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...), à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) de 20 °C et à une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) 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  v/c \approx 1 le régime est dit transsonique ;
  • si v / c > 1 le régime est dit supersonique ;
  • si v / c > > 1 le régime est dit hypersonique (En aérodynamique, les vitesses hypersoniques sont des vitesses qui sont hautement supersoniques. En général, on considère que ce régime d'écoulement est atteint à partir d'un Mach...).

Le bang supersonique (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...) 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 (Supersonique signifie « supérieur à la vitesse du son ».) n'est pas causé par le franchissement du mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) du son, mais par la propagation d'une onde de choc (Une onde de choc est un type d'onde, mécanique ou d'une autre nature, associé à l'idée d'une transition brutale. Elle peut prendre la forme d'une vague de haute pression, et elle est...) 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 (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un...) (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 (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.), causée par la rencontre entre toutes les parties avant (nez, bord d'attaque des ailes) qui se déplacent, et l'air qu'il traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules circulant...) qui est immobile par rapport à lui. Cette onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte...) 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 (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer, dirigé ou non par ses occupants. Il répond aux besoins du transport maritime ou fluvial, et permet...) 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 (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusque 300 bars.) 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 (L'oreille est l'organe qui sert à capter le son et est donc le siège du sens de l'ouïe, mais elle joue également un rôle important dans l'équilibre. Le mot peut...) d'en entendre deux.

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