Ces ondes qui nous inondent

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octobre 2009
© NOAA17
Sur cette image issue des données du satellite américain NOAA17, les ondes de relief se situent sur et au sud du Massif central, sur la Corse, à l’ouest et sur la Sardaigne.

Sur notre planète et bien au-delà, les ondes sont très présentes.

Elles interviennent dans de nombreux phénomènes physiques. Certaines, comme les tsunamis, ont des conséquences parfois dramatiques ; d’autres ont des applications qui occupent une grande place dans notre vie quotidienne (radio, téléphone mobile, musique...). D’autres encore restent à mieux appréhender (ondes internes de gravité, par exemple), voire à découvrir par les scientifiques.

Une onde peut être considérée comme une perturbation qui produit une variation réversible des propriétés physiques locales du milieu traversé. Les ondes transportent de l’énergie sans transporter de matière : elles sont donc particulièrement adaptées au transport de l’information. C’est la raison pour laquelle nous sommes “truffés” et environnés d’émetteurs et de capteurs d’ondes (yeux, oreilles, récepteurs épidermiques) qui nous permettent d’interagir avec notre environnement.

Les ondes peuvent être caractérisées selon les milieux dans lesquels elles se propagent : unidimensionnels (corde vibrante), bidimensionnels (surface de l’eau) ou tridimensionnels (atmosphère, matériaux divers).

La géométrie des ondes est donc variable : linéaire, plane, sphérique...

Les plus utilisées

Les ondes électromagnétiques sont les ondes les plus connues et les plus utilisées. Dans notre environnement, elles sont générées par des lignes (hautes tensions, par exemple) ou, dans le cas des télécommunications, par des antennes.
Elles sont caractérisées par leur fréquence centrale (ou porteuse), la bande de fréquences qu’elles occupent (fonction des applications), leur longueur d’onde, leur polarisation (liée au milieu qu’elles traversent), leur puissance en un point donné.

Une question d’échanges d’énergie

D’une manière générale, les ondes sont le résultat d’échanges d’énergie entre différentes sources tels les champs électrique, magnétique, de pression, de vitesse, de gravité... Ces échanges se font via des actions correspondant aux milieux concernés et décrites par des lois physiques (lois d’Ampère, de Newton, d’Ohm, de Faraday, équations d’état et de continuité...), d’où découlent des équations de dispersion qui permettent de définir les vitesses (phase et groupe) et des équations de polarisation conduisant à préciser leur mode de propagation.

Les échanges entre les champs électrique et magnétique conduisent à la notion d’ondes électromagnétiques. Ceux entre les champs de pression et de vitesse, à la définition d’ondes sonores. Les échanges peuvent aussi impliquer trois sources d’énergie : c’est le cas des ondes acoustico-gravitationnelles (pression, vitesse, gravité) ou encore des ondes magnétohydrodynamiques (champ magnétique, vitesse, pression) ou électrohydrodynamiques (champ électrique, vitesse, pression). Avec quatre sources d’énergie (champ magnétique, électrique, vitesse et pression) on définit les ondes magnéto-électrohydrodynamiques.

Des perturbations sur le GPS

Ces transferts d’énergie ont une réalité. Ceux qui transitent via les ondes acoustico-gravitationnelles entre la basse atmosphère et le plasma ionosphérique entourant la Terre induisent des modifications des milieux ionisés dans la haute atmosphère. Elles sont à l’origine des perturbations radioélectriques des systèmes de communication (entraînant des coupures de liaisons) ou des systèmes de positionnement comme le GPS, par exemple !

Les ondes

De gravité et de relief
Les ondes de gravité se propagent, sous l’effet de la pesanteur, dans les fluides stratifiés en densité comme l’eau (ondes de gravité océaniques) ou l’air (ondes de gravité atmosphériques ou acoustico-gravitationnelles).
Les ondes de relief en sont un exemple. Elles sont générées par le vent qui, lorsqu’il se présente au-dessus d’un relief, subit des ondulations verticales. Ce phénomène se matérialise par une signature nuageuse particulière : une alternance d’étroites bandes parallèles nuageuses et dégagées.

Acoustiques ou sonores ?
Une onde acoustique est produite par la vibration mécanique d’un support fluide ou solide. Elle se propage grâce à l’élasticité du milieu environnant et sa vitesse dépend donc de la nature de ce milieu. Dans un solide on distingue l’onde de compression longitudinale (vibration parallèle à la direction de propagation) et l’onde de cisaillement (perpendiculaire à la direction de propagation), qui n’existe pas dans les fluides.
Les ondes sonores sont des ondes acoustiques audibles par l’Homme (voir ci-dessous).

Louis Bertel / Nathalie Blanc

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