Les hommes ont toujours été fascinés par la vitesse.
L'histoire du progrès humain se confond avec celle d'une vitesse
en perpétuelle augmentation.
et l'une des réalisations les plus importantes dans cette course en avant
fut le franchissement du mur du son.
Peu après les premiers vols réussis en avion,
les pilotes étaient désireux de pousser leurs engins de plus en plus vite.
Mais ce faisant, ils augmentaient la turbulence,
et des forces importantes exercées sur l'avion
qui les empêchaient d'accélérer davantage.
Certains ont essayé de contourner ce problème par des piqués dangereux,
souvent avec des conséquences tragiques.
Enfin, en 1947, des améliorations de conception,
comme le stabilisateur horizontal mobile, l’empennage entièrement mobile,
ont permis à Chuck Yeager, pilote de l'armée américaine,
de voler à bord du Bell X-1 à 1127 kilomètres-heure,
devenant la première personne à franchir le mur du son
et à se déplacer plus vite que la vitesse du son.
Le Bell X-1 était le premier d'une longue série d'avions supersoniques à venir,
certains modèles dépassant plus tard Mach 3.
Un avion volant à une vitesse supersonique crée une onde de choc
accompagnée d'un bruit de tonnerre, connu sous le nom de bang supersonique,
qui peut provoquer du stress chez les gens et les animaux au sol,
ou même endommager les bâtiments.
C'est pourquoi
des scientifiques du monde entier ont examiné les bangs supersoniques,
essayant de prédire leur cheminement dans l'atmosphère,
où ils allaient atterrir, et quels seraient leurs impacts sonores.
Pour mieux comprendre comment les scientifiques les étudient
rappelons quelques bases sur le son.
Imaginez que vous jetez une pierre dans une mare au repos.
Que voyez-vous ?
La pierre provoque des ondes qui se propagent dans l'eau
à la même vitesse et dans toutes les directions.
Ces cercles qui augmentent de diamètre sont appelés fronts d'onde.
De même, bien que nous ne puissions pas les voir,
une source sonore stationnaire, comme une chaine hi-fi,
crée des ondes qui se propagent vers l'extérieur.
La vitesse des ondes dépend de plusieurs facteurs
comme l'altitude et la température de l'air dans lequel elles se propagent.
Au niveau de la mer, le son se propage à environ 1225 km/h.
Mais au lieu de cercles comme dans le cas d'un espace bidimensionnel,
les fronts d'ondes sont désormais des sphères concentriques,
le son se propageant le long de rayons perpendiculaires à ces ondes.
Maintenant, imaginez une source sonore en mouvement, comme un sifflet de train.
Tandis que cette source continue de se déplacer dans une certaine direction,
les ondes successives qui la devancent
se rapprochent et se tassent de plus en plus.
Cette augmentation de la fréquence des ondes est la cause de l'effet Doppler
ou le son des objets sonores approchant semble plus aigu .
Mais tant que la source sonore se déplace plus lentement que les ondes-mêmes,
elles resteront emboitées les unes dans les autres.
c'est quand l'objet est supersonique,
se déplaçant plus vite que le bruit qu'il produit,
que le tableau change radicalement.
Comme il dépasse les ondes sonores qu'il a émises,
tout en en générant de nouvelles depuis sa position courante,
les sondes sont poussées les unes contres les autres,
formant un cône de Mach.
Quand il approche un observateur, aucun son ne se fait entendre
parce que l'objet se déplace plus rapidement que le son qu'il produit.
C'est seulement après que l'objet a passé que l'observateur entendra le bang.
L'intersection entre le cône de Mach et le sol forme une hyperbole,
laissant une trace comme un tapis rouge que l'on déroulerait
tandis qu'il avance .
Il est ainsi possible de déterminer la zone touchée par un bang supersonique.
Et comment déterminer l'intensité du bang supersonique ?
Cela implique la résolution des fameuses équations de Navier-Stokes
pour déterminer la variation de pression dans l'air
provoquée par le vol supersonique qui le traverse.
Le résultat est une courbe de pression caractéristique, en forme de N.
Que signifie cette forme ?
Eh bien, le bang se produit lors d'un changement brusque de la pression
et la forme en N implique deux bangs :
un premier pour l'augmentation initiale de la pression dans le nez de l'appareil
et un autre pour le passage de la queue
lorsque la pression retourne soudainement à la normale.
Cela provoque un double bang,
mais cela est généralement perçu comme un bang unique par l'oreille humaine.
Dans la pratique, les modèles numériques qui utilisent ces principes
peuvent souvent prédire l'emplacement et l'intensité des bangs supersoniques
pour des conditions atmosphériques et les trajectoires de vol données,
et des recherches sont en cours pour en atténuer les effets.
En attendant, le vol supersonique au dessus de la terre ferme reste interdit.
Les bangs supersoniques sont-ils une création récente ?
Pas vraiment.
Alors que nous cherchons des moyens de les réduire au silence,
quelques autres animaux ont utilisé ces bangs à leur avantage.
Le gigantesque Diplodocus a peut-être été capable de claquer sa queue
plus vite que le son, au delà de 1200 km/h,
peut-être pour écarter des prédateurs.
Certaines crevettes peuvent aussi créer sous l'eau une onde de choc similaire,
étourdissant ou tuant parfois leur proie à distance
par un simple claquement de leur pince surdimensionnée.
Ainsi, les humains ont fait de grands progrès
dans leur quête inlassable de la vitesse,
il se trouve que la nature était là d'abord !