ULTRASONS

Absorption et spectrométrie ultrasonores

Lorsqu'elles se propagent dans un milieu réel, les ondes perdent de l'énergie, ce que ne prévoit pas l'équation trop simple de d'Alembert. Les causes principales de cette dissipation sont la viscosité et la conduction thermique. La théorie classique exprime ces faits en ajoutant à l'équation des ondes un terme en ∂3u/∂x2∂t, et on obtient pour l'amortissement αn, l'expression :

où η est un coefficient de viscosité, γ le rapport des chaleurs spécifiques Cp/Cv, K la conductibilité thermique, f la fréquence de l'onde considérée et A un coefficient de proportionnalité. Mais, sauf pour les gaz monoatomiques, l'amortissement mesuré est nettement supérieur à celui que prévoit la formule. On en retiendra cependant la proportionnalité au carré de la fréquence, qui est vérifiée dans la majeure partie de la gamme ultrasonore.

Toutefois, si l'on pousse l'exploration au-delà du mégahertz, on trouve une ou plusieurs bandes d'absorption anormale, au-delà desquelles la vitesse de propagation aura également changé, passant d'une valeur c0 a une valeur c. On dit qu'il y a relaxation et on ajoute à l'amortissement « normal » αn un terme correctif de la forme :

B étant un coefficient de proportionnalité. Dans le cas d'une bande unique, centrée sur la fréquence fr, la constante de temps est définie par τ = c/2πc0fr. On considère que l'absorption anormale est due à des échanges d'énergie entre les modes de vibration, de translation et de rotation des molécules, échanges qui se produisent lorsque l[...]

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Écrit par :

  • : ancien directeur de recherche au C.N.R.S., rédacteur à la revue internationale Acustica
  • : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

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Pour citer l’article

Maurice JESSEL, André ZAREMBOWITCH, « ULTRASONS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 août 2018. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/ultrasons/