ULTRASONS

Interfaces et interactions

Étant des ondes mécaniques, les ultrasons manifestent une sensibilité remarquable aux milieux qu'ils traversent. C'est bien là une de leurs propriétés les plus intéressantes pour les applications. Les réactions sont particulièrement importantes au franchissement des interfaces, par exemple entre deux solides différents ou entre un solide et un fluide. Elles se traduisent alors par la production d'ondes à configurations spéciales qu'on appelle « ondes de surface ». On en distingue de nombreuses variétés : ondes de Rayleigh, de Stoneley, de Lamb, de Love, de Bleustein-Gulyaev, etc. Leur nombre se multiplie encore lorsqu'il existe des stratifications entre les deux milieux, les strates jouant le rôle de guides d'ondes. Les interactions au niveau de ces transitions sont fort complexes, car c'est à ces emplacements que se manifestent les tensions de radiation induites par le rayonnement ultrasonore.

Il existe un autre type d'interface qui est encore plus occulte car il se manifeste au sein même d'un matériau hétérogène dans sa masse. L'exemple le plus typique en est la propagation du son dans l'hélium liquide, aux températures voisines du zéro absolu. On y observe quatre propagations acoustiques différentes, du fait de la coexistence de deux fluides dont l'un jouit de la propriété d'hyperfluidité.

Un autre type d'interaction résulte du fait qu'aux intensités élevées la propagation devient non linéaire. Si l'on excite à des puissances assez fortes et à deux fréquences différentes ′ et ″ un système de deux transducteurs voisins, on observera, du fait de la non-linéarité, l'apparition de fréquences de combinaison aux valeurs mf ′ ± nf ″ (m et n étant des nombres entiers).

Ce principe a été mis à profit dès 1960 par les Soviétiques V. A. Zverev et A. I. Kalachyov et l'Américain P. Westervelt pour réaliser des antennes acoustiques paramétriques. Excitée à 100 et 110 kilohertz, une antenne paramétrique pourra produire, par exemple, des ondes de combinaison aux fréquences 10 kilohertz (m = n = 1) et 20 kilohertz (m = n = 2), la première audible et la seconde ultrasonore. Ce mode de génération est spécialement apprécié en hydroacoustique, car il permet de constituer des faisceaux sonars très déliés.

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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 . URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/ultrasons/