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20/10/2021
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D'où vient le cône de Mach qui se forme autour d'un avion qui vole ?
Vous avez certainement déjà vu sur des photos montrant des avions de chasse passant le mur du son qu'il y avait parfois un cône qui se formait autour d'eux. Et vous vous êtes peut-être déjà demandé d'où cela pouvait venir. C'est bizarre, non ? Voici une brève explication de ce qui se cache derrière ce joli phénomène.

Propagation des ondes

Pour commencer, il faut savoir que le son est une variation de pression qui se propage sous forme d'onde à une vitesse logiquement appelée la vitesse du son. Cette vitesse n'est pas constante comme on pourrait le croire et dépend du fluide dans lequel le son se propage (nature du fluide, température et pression principalement).

Un avion qui avance déplace de l'air et cela produit des ondes, de la même manière qu'un caillou que l'on jette dans l'eau. Des ondes se propagent dans toutes les directions et à la même vitesse en formant des cercles de plus en plus grands. Dans l'air, la vitesse de ces ondes est la vitesse du son, c'est pour cela que ces ondes sont appelées ondes acoustiques. En aéronautique, la vitesse du son est une unité de vitesse couramment utilisée sous le terme nombre de Mach.

Vitesse supersonique

Si l'avion qui provoque ces ondes vole à une vitesse inférieure à celle du son, soit inférieure à Mach 1, on dit qu'il vole à une vitesse subsonique. S'il se déplace à une vitesse proche de la vitesse Mach 1, les ondes ne dépassent pas l'avant de l'avion et on dit qu'il vole à une vitesse transsonique. Dès qu'il dépasse la vitesse Mach 1, il vole à une vitesse supersonique.

  • Vitesse subsonique :
  • \[\mbox{vitesse de l'objet} \leq \mbox{vitesse du son} = \mbox{Mach 1}\]
  • Vitesse transsonique :
  • \[\mbox{vitesse de l'objet} \approx \mbox{vitesse du son} = \mbox{Mach 1}\]
  • Vitesse supersonique :
  • \[\mbox{vitesse de l'objet} \geq \mbox{vitesse du son} = \mbox{Mach 1}\]


Cône de Mach

Lorsqu'un avion (ou tout autre objet) se déplace à une vitesse supérieure à la vitesse du son (vitesse supersonique), il avance plus vite que les ondes qu'il génère par son déplacement. Cela crée une accumulation d'ondes qui génère une forte pression dans l'air. Cela produit ce que l'on appelle des ondes de choc, c'est-à-dire un changement brutal de vitesse et de pression qui commence principalement au nez de l'avion et qui s'éloigne (de manière continue) de l'avion toujours en mouvement. Ces ondes de choc générées par le contact entre la structure de l'avion et les ondes qui se propagent forment un cône de révolution autour de l'avion dont le sommet est au point le plus en avant de l'avion. Ce cône, appelé en aéronautique "cône de Mach", délimite l'écoulement d'air perturbé par l'objet à l'intérieur de ce cône de Mach (qui est supersonique) de l'écoulement d'air non perturbé à l'extérieur du cône de Mach (qui est subsonique).


Vitesse subsonique : les ondes précèdent l'avion.


Vitesse transsonique : l'avion atteint la vitesse du son (Mach 1).


Vitesse supersonique : l'avion est en avance sur les ondes acoustiques.

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