Ultrason - Définition
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Introduction
L'ultrason est un son, c'est-à-dire une onde mécanique et élastique, diffusée par les gaz, les liquides, les tissus mous (chair, organes) ou les solides (partie métallique comme la sonotrode), dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz.
Le nom vient du fait que leur fréquence est trop élevée pour être audible pour l'oreille humaine (le son est trop aigu), de la même façon que les infrasons désignent les sons dont la fréquence est trop faible pour être perceptible par l'oreille humaine.
Histoire
C’est Lazzaro Spallanzani qui, en 1794, soupçonna le premier l’existence des ultrasons. Ils ont été découverts en 1883 par le physiologiste anglais Francis Galton.
Le physicien français Paul Langevin a ensuite inventé le triplet de Langevin.
Dans le monde animal
De nombreux animaux, comme par exemple les chiens ou les chauve-souris, peuvent entendre ces sons. Certains peuvent en émettre : les chauves-souris émettent des ultrasons qui se répercutent sur les objets environnants, ce qui leur permet ainsi de percevoir leur environnement (voir écholocation).
Comme les cétacés, les chiroptères et certains rongeurs, Amolops tormotus est une espèce de grenouille chinoise capable d'émettre et de percevoir des ultrasons, de plus de 100 kHz. C'est la seule espèce non mammifère connue ayant cette propriété. Elle vit près des sources d'eau chaude de Huangshan. Le mâle pousse des cris semblables à un chant d'oiseau et possède un tympan concave.
Le triplet de Langevin
'Le principe de ce convertisseur est l'association de deux (ou quatre ou six) céramiques piézoélectriques serrées et mises en précontrainte entre deux masses métalliques pour éviter leur destruction. Les deux masses métalliques servent également à étalonner cet ensemble acoustique à une fréquence prédéfinie qui peut être comprise habituellement entre 20.000 Hz et 70.000 Hz.
Sous l'excitation d'un signal sinusoïdal appliqué aux céramiques (de quelques centaines de volts à quelques milliers de volts), celles-ci se déforment en se contractant. L'accord en fréquence du triplet ou de l'ensemble acoustique (triplet de Langevin qui peut s'appeler communément convertisseur ou émetteur) est obtenu quand la consommation électrique est minimale avec un déplacement maximal des masses mises en mouvement. Pour cela, la fréquence électrique du signal appliqué au triplet doit être en concordance avec sa fréquence de résonance mécanique. Un exemple simple est celui d'une cloche d'église de plusieurs tonnes qui peut être mise en mouvement par un seul homme. Cette vibration ainsi créée dans les céramiques est transmise aux deux masses métalliques. L'amplitude du déplacement des masses métalliques peut être de quelques microns à plus de 20 microns crête/crête. Le déplacement peut être augmenté en rajoutant un booster (amplificateur mécanique accélérant la propagation de l'onde de vibration ainsi créée) et une sonotrode, qui est en fait l'outil où sera utilisée cette vibration. L'amplitude du déplacement obtenu peut atteindre facilement 100 microns, le rendement électrique est exceptionnel, pouvant atteindre 95 à 98 %. Sans cette invention l'industrie n'exploiterait pas cette technologie. Leur comportement est dû à leurs interactions avec le milieu ou elles se propagent.
