What is this ?
Experiment with FizziQ
Avec FizziQ, les élèves peuvent explorer les limites de leur audition et détecter des sons proches de la frontière des ultrasons.
Étapes :
Ouvrir FizziQ et utiliser la bibliothèque de sons pour émettre des sons purs de fréquences croissantes : 1 000 Hz, 5 000 Hz, 10 000 Hz, 15 000 Hz, 18 000 Hz, 20 000 Hz.
Demander aux élèves de lever la main tant qu'ils entendent le son. Noter pour chaque élève la fréquence maximale perçue.
Observer que la limite d'audition varie selon les élèves et diminue avec l'âge. Les plus jeunes entendent généralement des fréquences plus élevées.
Interpréter : au-delà de la limite de perception de chaque oreille, le son existe toujours (le spectre de fréquences de FizziQ le confirme) mais il n'est plus audible. C'est le domaine des ultrasons.
Experiment with FizziQ
Plusieurs expériences facilement réalisables avec un smartphone, une tablette ou un ordinateur permettent d'explorer le domaine des ultrasons et les limites de l'audition.
1 : Bruit blanc - Quelles sont les fréquences qui composent un bruit blanc ? : https://www.fizziq.org/team/bruit-blanc
2 : Le timbre d'un instrument - Pourquoi la même note sonne-t-elle différemment selon l'instrument de musique qui la produit ? : https://www.fizziq.org/team/le-timbre-d'un-instrument
3 : L'effet sonore Shepard - Analyse de l'illusion sonore de Shepard : https://www.fizziq.org/team/l'effet-sonore-shepard
Experiment with FizziQ
Un peu d'histoire
Les ultrasons sont utilisés technologiquement depuis le début du XXe siècle. Après le naufrage du Titanic en 1912, Paul Langevin développe un détecteur d'icebergs par ultrasons qui deviendra le sonar. Cette invention est directement liée à la découverte de l'effet piézoélectrique par les frères Curie.
Écholocation animale
Les chauves-souris émettent des impulsions ultrasonores de 20 à 200 kHz et analysent les échos avec une précision remarquable. Elles peuvent détecter un moustique à plusieurs mètres de distance. Les dauphins utilisent un système similaire dans l'eau, avec des fréquences allant jusqu'à 150 kHz.
Applications médicales avancées
Au-delà de l'imagerie, les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) permettent de détruire des tumeurs sans chirurgie en concentrant l'énergie acoustique sur une zone précise. La lithotripsie utilise des ondes de choc ultrasonores pour briser les calculs rénaux.
Expériences complémentaires
L'expérience Bruit blanc permet d'explorer le spectre des fréquences et d'identifier les limites du domaine audible.
What is this ?
Aucune formule spécifique n'est propre aux ultrasons.
Les ultrasons obéissent aux mêmes lois que les sons audibles. La relation fondamentale reste :
v = λ × f
Signification :
v : célérité dans le milieu (m/s)
λ : longueur d'onde (m)
f : fréquence, supérieure à 20 000 Hz
Exemple : un ultrason de 40 kHz dans l'air a une longueur d'onde de 343/40 000 ≈ 8,6 mm.
What is this ?
- L'échographie médicale utilise des ultrasons entre 2 et 15 MHz pour visualiser le fœtus ou les organes
- Les capteurs de recul des voitures émettent des ultrasons et mesurent le temps d'écho pour calculer la distance
- Les bacs de nettoyage à ultrasons utilisent des fréquences de 20 à 40 kHz pour nettoyer bijoux et instruments
- Les chauves-souris émettent des ultrasons entre 20 et 200 kHz pour détecter les obstacles et les insectes
- Certains répulsifs anti-nuisibles émettent des ultrasons pour éloigner les rongeurs
What is this ?
Q : Pourquoi ne peut-on pas entendre les ultrasons ?
R : Les cellules ciliées de l'oreille interne ont une limite mécanique de vibration. Au-delà de 20 kHz, elles ne répondent plus. Cette limite diminue avec l'âge à cause de l'usure naturelle des cellules.
Q : Les animaux entendent-ils les ultrasons ?
R : Oui. Les chiens perçoivent des sons jusqu'à environ 40 kHz, les chats jusqu'à 60 kHz, les chauves-souris jusqu'à 200 kHz. C'est pour cela qu'un sifflet à ultrasons est inaudible pour l'homme mais audible pour un chien.
Q : Comment fonctionne l'échographie ?
R : L'échographe émet des ultrasons qui traversent les tissus. Quand ils rencontrent une interface entre deux milieux, une partie est réfléchie. L'appareil analyse ces échos pour construire une image.
Q : Les ultrasons sont-ils dangereux ?
R : À basse intensité, les ultrasons sont inoffensifs. C'est le cas de l'échographie médicale. À haute intensité, ils peuvent être destructeurs (lithotripsie pour briser les calculs rénaux, nettoyage industriel).
Q : Quelle est la longueur d'onde d'un ultrason ?
R : Dans l'air à 20 °C, un ultrason de 40 kHz a une longueur d'onde de 8,6 mm. Cette petite longueur d'onde permet une bonne résolution spatiale, utile pour l'imagerie et la détection.