The sonic boom problem - Katerina Kaouri

Le problème du bang supersonique - Katerina Kaouri

Traducteur: gilles damianthe Relecteur: Elisabeth Buffard

Humans have been fascinated with speed for ages.

Les hommes ont toujours été fascinés par la vitesse.

The history of human progress is one of ever-increasing velocity,

L'histoire du progrès humain se confond avec celle d'une vitesse

en perpétuelle augmentation.

and one of the most important achievements in this historical race

et l'une des réalisations les plus importantes dans cette course en avant

was the breaking of the sound barrier.

fut le franchissement du mur du son.

Not long after the first successful airplane flights,

Peu après les premiers vols réussis en avion,

pilots were eager to push their planes to go faster and faster.

les pilotes étaient désireux de pousser leurs engins de plus en plus vite.

But as they did so, increased turbulence

Mais ce faisant, ils augmentaient la turbulence,

and large forces on the plane prevented them from accelerating further.

et des forces importantes exercées sur l'avion

qui les empêchaient d'accélérer davantage.

Some tried to circumvent the problem through risky dives,

Certains ont essayé de contourner ce problème par des piqués dangereux,

often with tragic results.

souvent avec des conséquences tragiques.

Finally, in 1947, design improvements,

Enfin, en 1947, des améliorations de conception,

such as a movable horizontal stabilizer, the all-moving tail,

comme le stabilisateur horizontal mobile, l’empennage entièrement mobile,

allowed an American military pilot named Chuck Yeager

ont permis à Chuck Yeager, pilote de l'armée américaine,

to fly the Bell X-1 aircraft at 1127 km/h,

de voler à bord du Bell X-1 à 1127 kilomètres-heure,

becoming the first person to break the sound barrier

devenant la première personne à franchir le mur du son

and travel faster than the speed of sound.

et à se déplacer plus vite que la vitesse du son.

The Bell X-1 was the first of many supersonic aircraft to follow,

Le Bell X-1 était le premier d'une longue série d'avions supersoniques à venir,

with later designs reaching speeds over Mach 3.

certains modèles dépassant plus tard Mach 3.

Aircraft traveling at supersonic speed create a shock wave

Un avion volant à une vitesse supersonique crée une onde de choc

with a thunder-like noise known as a sonic boom,

accompagnée d'un bruit de tonnerre, connu sous le nom de bang supersonique,

which can cause distress to people and animals below

qui peut provoquer du stress chez les gens et les animaux au sol,

or even damage buildings.

ou même endommager les bâtiments.

For this reason,

C'est pourquoi

scientists around the world have been looking at sonic booms,

des scientifiques du monde entier ont examiné les bangs supersoniques,

trying to predict their path in the atmosphere,

essayant de prédire leur cheminement dans l'atmosphère,

where they will land, and how loud they will be.

où ils allaient atterrir, et quels seraient leurs impacts sonores.

To better understand how scientists study sonic booms,

Pour mieux comprendre comment les scientifiques les étudient

let's start with some basics of sound.

rappelons quelques bases sur le son.

Imagine throwing a small stone in a still pond.

Imaginez que vous jetez une pierre dans une mare au repos.

What do you see?

Que voyez-vous ?

The stone causes waves to travel in the water

La pierre provoque des ondes qui se propagent dans l'eau

at the same speed in every direction.

à la même vitesse et dans toutes les directions.

These circles that keep growing in radius are called wave fronts.

Ces cercles qui augmentent de diamètre sont appelés fronts d'onde.

Similarly, even though we cannot see it,

De même, bien que nous ne puissions pas les voir,

a stationary sound source, like a home stereo,

une source sonore stationnaire, comme une chaine hi-fi,

creates sound waves traveling outward.

crée des ondes qui se propagent vers l'extérieur.

The speed of the waves depends on factors

La vitesse des ondes dépend de plusieurs facteurs

like the altitude and temperature of the air they move through.

comme l'altitude et la température de l'air dans lequel elles se propagent.

At sea level, sound travels at about 1225 km/h.

Au niveau de la mer, le son se propage à environ 1225 km/h.

But instead of circles on a two-dimensional surface,

Mais au lieu de cercles comme dans le cas d'un espace bidimensionnel,

the wave fronts are now concentric spheres,

les fronts d'ondes sont désormais des sphères concentriques,

with the sound traveling along rays perpendicular to these waves.

le son se propageant le long de rayons perpendiculaires à ces ondes.

Now imagine a moving sound source, such as a train whistle.

Maintenant, imaginez une source sonore en mouvement, comme un sifflet de train.

Tandis que cette source continue de se déplacer dans une certaine direction,

As the source keeps moving in a certain direction,

the successive waves in front of it will become bunched closer together.

les ondes successives qui la devancent

se rapprochent et se tassent de plus en plus.

This greater wave frequency is the cause of the famous Doppler effect,

Cette augmentation de la fréquence des ondes est la cause de l'effet Doppler

where approaching objects sound higher pitched.

ou le son des objets sonores approchant semble plus aigu .

But as long as the source is moving slower than the sound waves themselves,

Mais tant que la source sonore se déplace plus lentement que les ondes-mêmes,

they will remain nested within each other.

elles resteront emboitées les unes dans les autres.

It's when an object goes supersonic, moving faster than the sound it makes,

c'est quand l'objet est supersonique,

se déplaçant plus vite que le bruit qu'il produit,

that the picture changes dramatically.

que le tableau change radicalement.

As it overtakes sound waves it has emitted,

Comme il dépasse les ondes sonores qu'il a émises,

while generating new ones from its current position,

tout en en générant de nouvelles depuis sa position courante,

the waves are forced together, forming a Mach cone.

les sondes sont poussées les unes contres les autres,

formant un cône de Mach.

No sound is heard as it approaches an observer

Quand il approche un observateur, aucun son ne se fait entendre

because the object is traveling faster than the sound it produces.

parce que l'objet se déplace plus rapidement que le son qu'il produit.

Only after the object has passed will the observer hear the sonic boom.

C'est seulement après que l'objet a passé que l'observateur entendra le bang.

Where the Mach cone meets the ground, it forms a hyperbola,

L'intersection entre le cône de Mach et le sol forme une hyperbole,

leaving a trail known as the boom carpet as it travels forward.

laissant une trace comme un tapis rouge que l'on déroulerait

tandis qu'il avance .

This makes it possible to determine the area affected by a sonic boom.

Il est ainsi possible de déterminer la zone touchée par un bang supersonique.

What about figuring out how strong a sonic boom will be?

Et comment déterminer l'intensité du bang supersonique ?

This involves solving the famous Navier-Stokes equations

Cela implique la résolution des fameuses équations de Navier-Stokes

to find the variation of pressure in the air

pour déterminer la variation de pression dans l'air

due to the supersonic aircraft flying through it.

provoquée par le vol supersonique qui le traverse.

This results in the pressure signature known as the N-wave.

Le résultat est une courbe de pression caractéristique, en forme de N.

What does this shape mean?

Que signifie cette forme ?

Well, the sonic boom occurs when there is a sudden change in pressure,

Eh bien, le bang se produit lors d'un changement brusque de la pression

and the N-wave involves two booms:

et la forme en N implique deux bangs :

one for the initial pressure rise at the aircraft's nose,

un premier pour l'augmentation initiale de la pression dans le nez de l'appareil

and another for when the tail passes,

et un autre pour le passage de la queue

and the pressure suddenly returns to normal.

lorsque la pression retourne soudainement à la normale.

This causes a double boom,

Cela provoque un double bang,

but it is usually heard as a single boom by human ears.

mais cela est généralement perçu comme un bang unique par l'oreille humaine.

In practice, computer models using these principles

Dans la pratique, les modèles numériques qui utilisent ces principes

can often predict the location and intensity of sonic booms

peuvent souvent prédire l'emplacement et l'intensité des bangs supersoniques

for given atmospheric conditions and flight trajectories,

pour des conditions atmosphériques et les trajectoires de vol données,

and there is ongoing research to mitigate their effects.

et des recherches sont en cours pour en atténuer les effets.

In the meantime, supersonic flight over land remains prohibited.

En attendant, le vol supersonique au dessus de la terre ferme reste interdit.

So, are sonic booms a recent creation?

Les bangs supersoniques sont-ils une création récente ?

Not exactly.

Pas vraiment.

Alors que nous cherchons des moyens de les réduire au silence,

While we try to find ways to silence them,

a few other animals have been using sonic booms to their advantage.

quelques autres animaux ont utilisé ces bangs à leur avantage.

The gigantic Diplodocus may have been capable of cracking its tail

Le gigantesque Diplodocus a peut-être été capable de claquer sa queue

faster than sound, at over 1200 km/h, possibly to deter predators.

plus vite que le son, au delà de 1200 km/h,

peut-être pour écarter des prédateurs.

Some types of shrimp can also create a similar shock wave underwater,

Certaines crevettes peuvent aussi créer sous l'eau une onde de choc similaire,

stunning or even killing pray at a distance

étourdissant ou tuant parfois leur proie à distance

with just a snap of their oversized claw.

par un simple claquement de leur pince surdimensionnée.

So while we humans have made great progress

Ainsi, les humains ont fait de grands progrès

in our relentless pursuit of speed,

dans leur quête inlassable de la vitesse,

it turns out that nature was there first.

il se trouve que la nature était là d'abord !