L’0NDE DANS TOUS SES ETATS

Fernand Gratacos

Parlant d'une onde, il est coutumier d'amalgamer progression et vitesse. L'onde est un mouvement périodique qui modifie, sans les déplacer, les milieux traversés. L'onde quelle qu'elle soit, est une oscillation qui transmet l'énergie mécanique ou électromagnétique par l'intermédiaire d'un substrat. Ces milieux de nature solide, liquide ou gazeux transmettent les ondes mécaniques (sismique, son, ultrason) par déformation "élastique" du milieu emprunté, et cela avec une célérité dépendant essentiellement de la nature et de l'homogénéité du/des milieu(x) traversé(s) pour les ondes sismiques, de la température pour les ondes sonores, du coefficient de vélocité (impédance ; valeur d’epsilon et de mu) pour les ondes électromagnétiques. Comme l'écrit à juste titre Isabelle Cuchet de Cybersciences "Les ondes, qu'elles soient mécaniques ou électromagnétiques, ont la faculté de transporter de l'énergie d'un point à un autre sans qu'il y ait transfert de matière".

Cependant, le choix des mots a ses importances. Que veut dire "transporter '!' Un train transporte des voyageurs, il y a ceux qui voyagent assis, ceux qui se déplacent dans le sens de la marche, d'autres en sens contraire. Pour un observateur extérieur Leurs vitesses respectives sont réelles et égales à la vitesse du train en plus ou moins leurs propres mouvements à l'intérieur de celui-ci. Cela veut dire que sur une masse en mouvement, toutes les vitesses, mêmes négatives, par rapport à la masse considérée, sont possibles et calculables.

La masse que constitue le train se déplace sur des rails. Les rails sont soumis à l'énergie des vibrations mécaniques dues aux mouvements du train. Cette énergie sous la forme d'ondes est transmise avec une célérité de 5200 m/s dans l'acier, le long de la voie de chemin de fer. La célérité ne peut ni ne doit être confondue avec une vitesse. Le terme vitesse s'applique à un objet, une masse en mouvement ici le train et les passagers. La célérité signifie la vélocité à laquelle un milieu (un objet ici les rails) transmet sous la forme d'ondes mécaniques, une vibration, donc une énergie. La célérité est une valeur caractéristique des ondes. Celle-ci ne dépend que du milieu qui la transmet et est indépendante du mouvement de l‘émetteur.

L'énergie d'un événement dépend directement d'une masse et d'une durée. Prenons nos voyageurs (pour simplifier chacun possède le même poids.) Nous avons vu que chaque individu possède une vitesse dépendant des mouvements relatif de chacun deux à l'intérieur du train. Donc, chaque voyageur a la même masse, mais une vitesse et donc une énergie distincte.

Vitesse et énergie sont donc étroitement liés. Prenons à présent les rails du chemin de fer. Nous ne pouvons évidemment pas changer la vitesse de progression des vibrations (célérité de propagation des ondes) puisque celles-ci sont "intégrées" dans la substance même qui les anime (les rails) qui sont fixes. Cependant, l'énergie de l'onde obéit aux mêmes lois d'addition ou soustraction des "vitesses" tout comme celles des passagers du train. Prenons un sismographe et posons-le sur un rail. Nous relevons, à vitesse de déplacement du sismographe nulle, une fréquence de vibration f₀. Déplaçons le sismographe à une vitesse constante v₁ le long du rail en direction de la source, nous obtenons une fréquence f_a. À présent, faisons l'opération inverse ; nous obtenons f_b et v₂. Dans ces conditions nous avons : f_a>f₀>f_b  On démontre que les énergies et fréquences de (f_a) et (f_b), obéissent à l'addition ou à la soustraction, des vitesses (v₁) et (v₂) de la valeur de v₀ ici  5200 mètres/seconde qui est la célérité du son dans l'acier.

Exemple ; pour les valeurs de ; f₀ = 50 Hz ; v₁  v₂= 12 m/s ; v₀ = 5200 m/s on obtient les fréquences :

Additive :        = 50,115384… Hz

Soustractive :   =  49,884615… Hz

Ce que nous venons de voir pour l’onde mécanique, est tout aussi valable pour l'onde électromagnétique.

Comme pour l’onde mécanique ou sonore, la célérité de l'onde électromagnétique ne dépend que de la nature du/des milieu(x) traversé(s). L'observateur qui "voyage" dans un "champ" d'onde, n'en modifie aucune des ces caractéristiques, seule l'énergie qu'il "prélèvera" sera affectée par son propre mouvement. Les vitesses ne s'ajoutent ni ne se retranchent, puisque c'est le milieu qui oscille sans se déplacer, la différence de la valeur de l'énergie prélevée par l'observateur comparée à celle immuable du champ de l'onde, ne sera évidemment pas l'ajout ou le retranchement de la célérité du mouvement vibratoire, mais, ce qui revient au même, la modification de valeur de la fréquence et de l'énergie prélevée par celui-ci. C'est simplement le radar et l'effet doppler qui convertit l'écart de fréquences et donc d'énergie, en additionnant ou soustrayant la vitesse du mobile concerné. On peut donc dire que la "vitesse" de l'onde électromagnétique obéit par l’intermédiaire de sa fréquence et son énergie, aux lois universelles de la physique.

septembre 2004 
dernière modification : 23 juin 2005

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