Propagation

Le son est une onde mécanique qui se propage dans tous les milieux physiques (gaz, liquide, solide).

La vitesse de propagation du son dépend de la nature du milieu dans lequel l’onde se propage mais également de la température.

Vitesse de propagation d'une onde acoustique, à 20°C :

• dans l'air : 344 m/s, soit environ 1 240 km/h.
• dans l'eau : 1 500 m/s, soit environ 5 400 km/h.
• dans l'acier : 5 600 m/s, soit 20 160 km/h.

Bien évidemment, le son ne peut se propager dans le vide.

La propagation des ondes sonores dans l'atmosphère est un phénomène complexe qui peut être affecté par toute une série d’éléments comme par exemple la topographie du terrain, la nature du sol ou les caractéristiques atmosphériques.

Voici quelques phénomènes physiques bien connus qui affectent plus ou moins fortement la propagation des ondes sonores :

Phénomène d'atténuation avec la distance (divergence géométrique)

A l'image des ondulations qui se propagent à la surface de l'eau, quand on y jette une pierre, l’énergie d’une onde acoustique en espace libre se répartit sur une surface qui augmente à mesure qu’elle s’éloigne de la source. La forme de la surface d’onde émise dépend du type de source. Pour une source ponctuelle omnidirectionnelle par exemple, l’onde émise est de nature sphérique. À mesure que l’onde s’éloigne de la source, l’énergie acoustique se répartit sur la surface d’une sphère de plus en plus grande. En conséquence, l’amplitude de l’onde diminue. Ce phénomène est appelé divergence géométrique.

La divergence géométrique pour une source ponctuelle provoque une atténuation de 6 décibels (dB) par doublement de distance. Pour une source linéique comme le trafic routier, la décroissance est de 3 dB par doublement de distance.

Phénomène de réflexion

Les ondes sonores sont réfléchies par les divers obstacles qu'elles rencontrent, notamment par le sol qui peut parfois transmettre une onde sonore sur de grandes distances.

Lors de l’interaction avec un obstacle, une partie des ondes est réfléchie par l'obstacle après avoir été modifiée par les caractéristiques de sa surface. La réflexion peut être totale sur une surface réfléchissante parfaitement lisse (béton lisse par exemple), ou bien partielle sur une surface absorbante et/ou rugueuse. La partie réfléchie peut interagir avec la partie non réfléchie (onde directe) pour donner lieu à des phénomènes d'interférences.

Phénomène de diffraction

Lorsqu'une onde sonore rencontre une frontière présentant une discontinuité (arête d'un obstacle, trou...), elle va être affectée par le phénomène de diffraction. Ce phénomène se traduit par une réémission de l'onde incidente dans de nombreuses directions à partir de la discontinuité. Ce phénomène est très courant en acoustique extérieure et se produit par exemple en présence du sommet ou des bords d'un mur, d'un écran acoustique, des arêtes d'un bâtiment (murs, toiture...), d'irrégularités de terrain marquées (sommet d'un talus, butte...).

Effets atmosphériques

La composition chimique de l’air et ses propriétés physiques peuvent influer sur l'onde acoustique au cours de sa propagation. On distingue traditionnellement les effets dus à l'absorption atmosphérique et les effets dus aux caractéristiques météorologiques de l'atmosphère.

- Absorption atmosphérique :

L'absorption atmosphérique est un phénomène qui dépend de la température (plus il fait chaud et plus l’absorption diminue) et du taux d'humidité de l'air (plus l’humidité augmente et plus l’absorption diminue). Elle affecte davantage les hautes fréquences que les basses fréquences acoustiques, et n'a en général un effet significatif que sur des distances de propagation importantes (ex : 1 dB/km à 200 Hz et plus de 40 dB/km à 5 kHz, pour T=20°C et une humidité relative de 50 %).

- Conditions météorologiques :

La propagation du bruit est également dépendante des conditions météorologiques, les rayons sonores pouvant s’incurver vers le haut ou le bas en fonction de la direction du vent et du gradient de température. Par vent portant, il est ainsi possible d’entendre nettement le trafic routier d’une autoroute située à plusieurs centaines de mètres, et l’entendre beaucoup moins par vent contraire. Lors d’inversion de température, les rayons sonores s’incurvent vers le bas, ce qui s’accompagne d’une augmentation du bruit perçu. Par exemple, à la suite du refroidissement nocturne, il est possible d'entendre un train à 5 km d'une voie ferrée sous le vent malgré les obstacles. Le son est alors contraint de se propager sous l'inversion par effet de guide d'onde.

L’hétérogénéité de l'atmosphère peut mener à 3 conditions de propagation suivant le profil de vitesse du son résultant :

• Conditions de propagation homogènes : la vitesse du son est constante en fonction de l'altitude, les ondes sonores se propagent en ligne droite

• Conditions de propagation favorables : la vitesse du son augmente avec l'altitude, les ondes sonores sont rabattues vers le sol

• Conditions de propagation défavorables : la vitesse du son diminue avec l'altitude, les ondes sonores sont déviées vers le ciel