La nature du son
Le son est en fait un mouvement de vibration des molécules composant l'air. Ces vibrations se transmettent de proche en proche, le son se propage ( le phénomène est appelé onde sonore ).
La vitesse de propagation du son dépend du milieu dans lequel il se propage et de la température. A 20°C, dans l'air, elle de 340 mètres par seconde soit 1 224 km/h.
Avion volant à vitesse subsonique
Un avion en vol provoque la vibration des molécules composant l'air. Une onde sonore est émise. Si l'avion vole moins vite que la vitesse du son ( vitesse subsonique ), les vibrations de l'air se propagent en avant de l'aéronef.
Chasseur F-15 en vol subsonique
Aucun phénomène particulier ne se produit. Tous les avions commerciaux, sauf le Concorde et l'appareil soviétique Tupolev Tu144 volent à vitesse subsonique.
Avion volant à vitesse transonique
Lorsque la vitesse de l'avion approche la vitesse du son ( vitesse transonique ), un phénomène particulier se produit. Les vibrations sonores, qui se déplacent à une vitesse pratiquement égale à celle de l'appareil s'accumulent devant le nez de celui-ci.
Chasseur F-15 en vol transsonique
Cette accumulation crée une forte surpression en avant de l'avion qui se heurte à un "mur". Il faut alors un surcroît d'accélération afin de dépasser cette vitesse critique et de passer le mur du son. Cette puissance supplémentaire est dans la plupart des cas fournie par la post-combustion, seuls un petit nombre d'appareils militaires très puissants peuvent se passer de cette post-combustion pour voler en régime supersonique ( F-22 américain, Rafale français et Typhoon européen ).
Avion volant à vitesse supersonique
Lorsque l'avion a dépassé la vitesse du son, les vibrations sonores sont "expulsées" de part et d'autre de l'aéronef. Il se crée alors un cône de choc puisque les vibrations accumulées devant le nez de l'appareil sont subitement libérées. On entend alors un "Bang" supersonique.
Chasseur F-15 en vol supersonique
Tant que l'avion volera a une vitesse supérieure à celle du son, les vibrations sonores formeront toujours un cône de choc se déplaçant avec l'avion.
| Le bang supersonique sera audible tant que l'avion se déplacera à une vitesse supersonique et pas seulement au moment du passage du mur du son. De même, un avion voyageant à deux fois la vitesse du son n'engendra qu'un seul cône de choc supersonique. |
Il existe une analogie très concrète au phénomène du cône supersonique, il s'agit du sillage créé par un bateau naviguant à vitesse élevée...
Les deux images ci-dessus montrent respectivement un F-4 Phantom et un F/A-18 Hornet volant à vitesse supersonique. Dans ces deux situations, le cône de choc est rendu visible par la condensation de vapeur d'eau. Dans le cas du Phantom ( première photo ), on observe un second cône de choc en avant de l'avion.
Cliquez sur le bandeau ci dessus pour voir une illustration du cône de choc supersonique,
cliquez de nouveau pour l'arrêter.
Cette animation est visible à la condition qu'une machine virtuelle Java soit installée sur votre système.
Historique
Le premier avion a passer le mur du son fut officiellement le Bell XS-1 le 14 octobre 1947. Cet avion fusée était piloté par Charles ( Chuck ) Yeager et a atteint à cette occasion la vitesse de Mach 1.06 ( 1297 km/h ) au dessus de la base d'Edwards ( celle-là même où se posent les navettes spatiales ). Vous pouvez consulter le compte rendu de ce vol. Chuck Yeager fut très près de trouver la mort le 12 décembre 1953 à bord d'un X-1 amélioré lors d'un vol à Mach 2.44. L'appareil fit une chute de 13,000 mètres avant qu'il ne soit en mesure d'en reprendre le contrôle. Le même pilote, alors âgé de 74 ans, franchit de nouveau le mur du son lors d'une cérémonie anniversaire le 14 octobre 1997 aux commandes d'un chasseur F-15.
Il est possible qu'un autre pilote d'essai américain,
George Welch, ait dépassé la vitesse du son quelques jours avant Chuck Yeager.
Début octobre 1947
Georges Welch procédait alors aux essais d'un prototype XP-86 ( qui deviendra plus tard le North American F-86 Sabre ) lorsqu'il a rencontré des perturbations des ses paramètres de vol évoquant le passage à un régime de vol supersonique. Malheureusement, les installations d'essai n'étaient pas équipées pour la mesure précise de vitesse. Des essais ultérieurs, menés les 19 et 21 octobre 1947, soit 5 jours après le vol de Yeager, avec un avion identique, conduisirent Georges Welch a atteindre mach 1.02. Le Sabre étant alors un appareil en développement dont les performances devaient rester confidentielles, l"information ne fut pas divulguée et l'histoire a retenu le nom de Yeager.
Le Sabre ne devient "officiellement" supersonique que le 26 avril 1948. Ce jour-là, un pilote britannique qui évaluait le XP-86 annonça par inadvertance sur une liaison radio non protégée qu'il venait de dépasser mach 1. Le message fut captée par des pilotes civils et le journnal Aviation Week annonça bientôt que le Sabre avait la capacité de passer mach 1 en piqué.
Les premiers avions a atteindre la vitesse du son ne le pouvaient que pour une durée extrêmement brève, lors d'un piqué. Le premier appareil français à posséder cette capacité fut le Dassault Mystère IIC ( entre les mains d'un pilote américain
Marion Davis
...), lointain ancêtre de la nombreuse famille des avions de la série Mirage.
Plus tard, beaucoup d'aéronefs militaires ont été dotés de cette capacité à voler plus vite que la vitesse du son. Deux avions civils seulement réalisèrent cette performance, le Tupolev 144 russe ( qui n'est actuellement plus en service ) et le Concorde qui a largement inspiré le Tupolev. Pour des raisons économiques, le gouvernement américain a interdit le survol supersonique des zones habitées faisant ainsi de l'avion européen un échec commercial retentissant.
En juin 2004, l'engin spatial Space Ship One a établi de nouveaux records pour un avion civil en dépassant largement mach 3.
Pour en savoir plus...
Cette page web est consacrée à la mesure de la vitesse d'un objet à partir de l'image de son cône de choc supersonique.
