Comment fonctionnent les ultrasons ?

kaolin · 11/04/2006, 08h54

Bonjour

Je suis totalement novice en matière de physique des sons, et je recherche des explications (pas trop ardues), et/ou des sites compréhensibles sur les ultrasons.
Comment ça fonctionne, si certaines fréquences peuvent être dangereuses, etc...

Merci par avance pour votre aide
Cordialement

Karibou Blanc · 11/04/2006, 09h35

Les ultrasons sont (comme tous les sons) des ondes de compression d'un matériaux (comme l'air mais aussi l'eau, le bois ou encore l'acier, etc...). Il se dilate, se comprime, se dilate... à une certaine fréquence et notre oreille y est sensible pourvu que cette fréquence ne soit pas trop faible ou trop élevée. Les ultrasons sont des sons dont la fréquence est très importante, l'oreille est sourde aux ultrasons, mais certains matériaux comme le quartz permettent de transformer l'onde sonore en signal de tension mesurable avec un simple oscilloscope (c'est l'effet piezoélectrique).

En outre, ils ont l'avantage d'avoir une très courte longueur d'onde qui permet d'obtenir une bonne résolution dans les techniques d'imagerie qui les utilisent : ecchographie, sonar...

KB

kaolin · 11/04/2006, 12h53

Bonjour

Merci pour tes explications. Par contre saurais-tu me dire si les ultrasons peuvent être désagréables, dangereux, voire mortels, lorsqu'ils sont émis à une certaines fréquence ?

Cordialement

Karibou Blanc · 11/04/2006, 13h09

A ma connaissance non pas de danger. Peut etre des degats sont causés pour des fréquences vraiment tres tres courtes ou des expositions répétées et/ou prolongées. Mais à part ca rien de méchant. On en envoie même sur des foetus lors de l'ecchographie.

Par contre les chiens ont une oreille sensible à certaines frequences d'ultrason et ils trouvent ca tres déségrable. C'est comme si nous nous entendions un son tres aigu en continu, au bout d'un moment ca agace, voire fait mal.

KB

kaolin · 11/04/2006, 13h28

J'ai entendu dire que des sons à haute fréquence pouvait briser du verre (ex illustré, la Castafiore). Or donc, si le fait est authentique, les ultrasons peuvent provoquer des dommages.
Si les dégâts peuvent être matériels, ils pourraient également être physiques.
J'ai découvert une étude canadienne qui met en garde contre l'utilisation des ultrasons dans certains domaines professionnels (il faut que je retrouve le site...)
Ou alors fais-je la confusion avec les infrasons ?

Baygon_Jaune · 11/04/2006, 13h57

Pour ce qui est du cassage de verre, il s'agit d'un phénomène d'excitation résonnante. La matière vivante est molle et donc nettement moins sensible à ce genre de chose (parce dissipative). Cela dit, avec quelque chose de concentré on peut arriver à un effet - on peut casser les calculs rénaux par ultrasons, par exemple. Tout est une question de puissance et de volume ... Avec des infra-sons, on peut aussi détruire un pont, par exemple (surtout s'il est de vieille conception). Voir l'exemple du pont de Tacoma, soumis à une excitation basse fréquence « malencontreuse ».

uvdr · 11/04/2006, 14h51

salut Kaolin,

je crois qu'il vaut mieux parler de la fréquence qui peut briser un verre particulier:
la longueur d'onde à laquelle un objet est le plus sensible (cad, l'objet va absorber le plus d'énergie acoustique pour une certaine fréquence) est donnée pour la grande dimension de cet objet.
donc un verre de table dont la grande dimension est 10cm sera particuliairement sensible à un son de longueur d'onde de 10cm donc à une fréquence de 3400Hz (la loi liant la longueur d'onde "L" à la fréquence "H" d'un son est H=V/L où "V" est la vitesse du son dans l'air, en conditions standard V=340m/s) il faudra donc en théorie pour briser ce verre ENTRENIR sa vibration durant suffisamment longtemps (ça je ne sais pas comment ça marche, mes cours de RDM sont trop loins derrière moi).
un autre exemple est celui trés connu du pont qui c'est disloqué sous le pas cadencé d'un régiment (napoléonien?): si tous les soldats du régiment font 2 pas à la seconde (2Hz) ils font donc vibrer ce pont à cette fréquence et si le pont fait environ 120m la fréquence propre du pont est celle du pas cadencé, donc...(doublon avec Baygon-jaune, je rédige plus lentement que toi!)
un autre exemple (rhaaaaa j'suis en forme c't'aprem) on ressent tous les "basses" de la musique dans notre corps. je suis plutôt grand, la grande dimension de mon tronc doit être d'environ 0.5m donc je vais particuliairement ressentir les bas médiums (autour de 640Hz).
voila, voila, tout ça pour dire que ce n'est particuliairement le fait des ultras-sons:
- les fréquences des sons audibles feront vibrer les objets de grandes dimensions,
- les fréquences des ultras-sons feront vibrer les objets de petites dimensions,
- les infras-sons feront vibrer les objets de trés grandes dimensions
-...

petite anecdocte, j'ai entendu du dire que selon ce principe le ronronnement du chat est une sorte d'automassage interne qu'il s'applique.

cordialement.

kaolin · 11/04/2006, 18h13

Salut

Merci à tous. Je commence à saisir le topo. Entre temps j'ai retrouvé le site canadien qui fait référence à la dangerosité des ultrasons dans le domaine industriel, dans certaines conditions.
J'annexe le lien :
http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs...h-sante_f.html

J'ai découvert aussi que les Américains avaient mis au point des outils de découpage ultrasonique pour la construction de leur B2 Spirit tout en matériaux composite de haute résistance.

Ma question n'est pas désintéressée. En effet, je cherche à savoir si les ultrasons peuvent servir d'armes pour détruire... des insectes par exemple...

Ludwig · 12/04/2006, 15h53

Citation:

Posté par kaolin

Salut

Ma question n'est pas désintéressée. En effet, je cherche à savoir si les ultrasons peuvent servir d'armes pour détruire... des insectes par exemple...

Les applications industrielles sont nombreuses. Nettoyage par ultrasons, soudure des plastics, perçage etc...

Elles sont essentiellement basées sur deux propriétés, l'une étant l'échauffement par contact direct avec le transducteur, l'autre la cavitation se passant quand un transducteur est imergé dans un liquide par exemple.

Dans les deux cas, il s'agit d'apllications de puissance,
100 w à quelques kw selon le type d'installation.

Un autre domaine est la mesure non destructive, dans ce cas les puissances vont des qq mW à qq w.

Si tu fabriques des ultras sons avec des tiges de ferrites,
(Magnéto-striction) et que par malheur ta tige n'est pas chargée, elle se brise instantanément.

Les ultras-sons de forte puissance peuvent avoir des effets destructifs sur les matériaux (comme n'importe quel type d'énergie) si la mise en oeuvre est bancale.

Cordialement

Ludwig