nov 182007
 

Plusieurs semaines se sont écoulées depuis l'accident de voiture. Chacun s'est remis de ses petits bobos et cette histoire n'est plus qu'un mauvais souvenir. L'hiver est tombé d'un coup d'un seul. Une ouate épaisse blanche et cotonneuse recouvre la campagne comme un manteau. Mamie et Ptifils, chaudement habillés, devisent chemin faisant sous le ciel bleu immaculé. Leur pas émettent le bruit caractéristiques des chaussures s'enfonçant dans la neige : un léger crissement étouffé. Scrouitch Scrouitch. Haut dans le ciel, un avion passe, laissant derrière lui une trainée blanche de gaz gelés et un léger vrombissement. Mamie se rappelle de toutes ces histoires de bruit d'avion. Ptifils, quand à lui, voit des ondes sonores qui se propagent sous la forme de petites variations de pression dans l'air, atteignent l'oreille, puis le cerveau qui retranscrit ces informations en un son bien particulier. Il voit le son se décomposer dans ces composantes fondamentales, chacune ayant une intensité propre déterminant le timbre du son. Il se dit qu'il devrait parfois arrêter de tout décortiquer avec son œil de scientifique et utiliser un peu plus son œil du dedans, son œil sensible à la beauté du monde.

"Tu sais Mamie, des fois j'aimerais arrêter de voir le monde comme un ensemble de choses dont le comportement est prédéterminé par un ensemble d'équations. Même si je suis convaincu que ce n'est pas le cas, qu'il y a une partie du monde qu'on ne parviendra jamais à mettre en équation, je me rends compte à quel point la formation que l'on reçoit pendant nos études finissent par modifier à notre insu la vision que l'on a du monde. Des fois j'ai peur qu'à force de décortiquer le monde, je finisse pas ne plus être sensible à sa beauté ou à sa laideur.
- Oh là ! ça y est, il est reparti dans une crise existentielle ! s'exclame Mamie. Allez, arrête donc de broyer du noir et raconte moi la suite de ton histoire.
- Vraiment ? tu veux savoir la suite ?
- Evidemment ! Tu crois pas que tu vas me laisser comme ça avec une histoire inachevée tout de même !
- Oui tu as raison, il vaut mieux finir ce qu'on a commencé. Et puis ça tombe bien, c'est une histoire que j'aime bien raconter. Tiens asseyons-nous là un moment."

Mamie et Ptifils s'installent sur un banc, proches l'un de l'autre pour garder un peu de chaleur. Ptifils entame d'un ton enjoué :

"Alors Mamie, où en étions nous la dernière fois
- Et ben, je me rappelle que tu nous avais parlé de l'air qui passe dans le bec et qu'il était un peu particulier. Mais bouh ! c'était compliqué je me rappelle plus très bien.
- D'accord, alors je vais commencer par un très court rappel. Pendant qu'un avion atterrit, le pilote déploie un dispositif qui se situe sur les ailes pour faciliter l'atterrissage. Il y a les volets au bord de fuite de l'aile et les becs qui sont sur le devant des ailes. Lorsque les becs sont déployés, il se créé une sorte de fente, une cavité, entre le bec et le reste de l'aile. Des mesures ont montré que ces becs étaient responsables d'une bonne partie du bruit émis par l'avion pendant qu'il atterrit. Tu te rappelles de ça ?
- Oui, ça c'est bon mon P'tit, c'est intégré. C'est après que c'est plus très clair.
- La dernière fois, je t'avais parlé de l'écoulement dans la cavité. Par écoulement, on entend l'air qui s'écoule autour de l'aile. Bon, et bien il y a des mesures et des calculs qui ont été effectués pour savoir quelle était la "forme" (on parle aussi de structure spatiale) de cet écoulement pendant les phases d'approche, c'est à dire lorsque l'avion va atterrir.
- Mais pourquoi au juste on mesure tout ça ? s'étonne Mamie.
- On mesure tout ça parce qu'on a envie de comprendre pourquoi ça fait bu bruit ! Et en comprenant pourquoi on espère ensuite trouver comment le réduire.
- Mais comment vous pouvez faire pour trouver pourquoi ça fait du bruit ?
- Oh ça c'est une longue histoire ! Il y a de multiples façons de le faire. Dans tous les cas, ça consiste à décortiquer les choses pour essayer d'avoir des idées, d'émettre des hypothèses. Une fois ces hypothèses émises, on met en place des expérimentations pour voir si elles sont exactes. Si c'est le cas, on est contents ! Sinon il faut essayer autre chose.
- Mais alors avant d'essayer quelque chose vous n'êtes jamais surs que ça va marcher ?
- Et non ! C'est ça le monde de la recherche... on n'est jamais certains qu'on va trouver quelque chose. Tu vois, du haut de notre savoir technique, on se croit intelligents, mais finalement on est très bêtes.
- Et ben, ça doit pas être facile tous les jours. Qu'est-ce que ça doit être frustrant !- Et oui, c'est comme ça. Bon revenons à nos becs. Donc, des calculs et des mesures de l'écoulement dans la cavité du bec ont été faits. Ils ont permis de mettre en évidence deux phénomènes principaux : un lâcher de tourbillon au niveau du bord de fuite du bec et un gros tourbillon à l'intérieur de la cavité.
- Ah oui ça y est ! je me rappelle !- Bon voilà. Pour l'instant on va mettre ce constat sur l'écoulement de côté et s'intéresser à autre chose. La prochaine fois on fera le lien entre les deux. Parallèlement à ces mesures sur l'écoulement dans la cavité, on a essayé de dresser le portrait du spectre du bruit émis par un bec de bord d'attaque pendant les phases d'approche. Le spectre tu te souviens de ce que c'est ?
- Mmh, vaguement. Y a une histoire de fréquence et d'amplitude ou d'intensité je crois.
- Oui, c'est exactement ça ! En fait on peut faire un parallèle entre un son et une couleur. Tu vois par exemple le blanc de la neige n'est pas complètement blanc. Dans cette couleur, il y a du blanc et sûrement un peu de noir qui le rend légèrement gris. Et comme cette couleur est pratiquement blanche, on peut penser qu'il y a beaucoup plus de blanc que de noir.
- Et mais dis donc ! c'est un peu comme une recette de gâteau ! Pour faire un gâteau, on utilise des ingrédients, et une certaine quantité de chaque ingrédient. On met tant d'œufs, tant de farine, tant de sucre et à la fin ça donne un gâteau !- Oui c'est exactement ça ! Et donc pour un son, les ingrédients ce seraient les fréquences, et l'intensité du goût de l'ingrédient ce serait l'intensité de cette fréquence. On peut représenter ça sous la forme d'un graphique. En abscisse on met l'ingrédient (la fréquence) et en ordonnée la quantité (l'intensité). Quand on décompose un son comme ça on obtient une courbe qu'on appelle le spectre. Comme pour les gâteaux, chaque son est bien particulier. La recette (le spectre) est différent pour chaque son ou chaque bruit.
- Ah bon ! Et donc j'imagine que le bruit de ton bec là il est bien particulier aussi !
- Héhé, oui c'est tout à fait ça. En gros, il a deux traits bien marqués que l'on voit dans le spectre. Sur le dessin qui suit, c'est le spectre du bruit émis par le bec et perçu sous l'avion au moment il est en train d'atterrir. En abscisse on a donc la fréquence qui va de 0 kHz à 70 kHz et en ordonnée une grandeur assimilable à l'intensité du bruit perçu de 70 à 95 dB. Pour mémoire l'oreille peut entendre des sons s'étendant sur une plage de 0 dB (silence absolu, dans l'espace par exemple) à environ 130 dB (une fusée ou un avion de chasse au décollage). Au delà, le cerveau commence à couler par les oreilles, c'est craaaaaaaade.

bruit_bec_spl

Sur ce spectre on ne va regarder que la courbe en trait continu et laisser de côté celle en pointillé avec les symboles ronds. Sur cette courbe on peut voir deux choses. La première c'est un pic bien marqué vers la droite. Ce pic sonore, on l'appelle un bruit de raie. Il est très intense (autour de 93 dB) et peut faire assez mal aux oreilles. Il est à peu près équivalent à l'intensité du bruit émis par une moto qui accélère. En plus d'être intense, il est assez aigu. Dans ce spectre il se situe autour de 50 kHz. Si tu as bien suivi jusque là, tu dois savoir que l'oreille humaine entend des bruits dans une plage de fréquence uniquement de 20 Hz à 20 kHz. En dessous de 20 Hz, c'est le domaine des infrasons qu'utilisent par exemple les éléphants pour communiquer sur des longues distances. Au dessus de 20 kHz, c'est le domaine des ultrasons qui sont utilisés par les chauve-souris pour se repérer ou dans le domaine médical pour les échographies. L'oreille humaine n'est donc pas censée entendre ce bruit de raie situé dans le domaine des ultrasons. Mais en fait, ces mesures ont été faites sur des maquettes d'ailes d'avions à l'échelle 1/10ème. Donc grossièrement, on peut dire que la fréquence du bruit émis par une maquette à l'échelle 1 est 10 fois inférieure, soit à peu près 5 kHz, qui est une fréquence audible. Attention cependant à ne pas généraliser ce raisonnement. On peut le faire ici pour des raisons particulières, mais cela n'est pas vraie d'une manière générale. Tu suis Mamie ?
- Oui jusque là, ça va. Si j'ai ben compris c'que tu dis, le bec fait un bruit assez désagréable et aigu. Et l'autre partie plate là à gauche c'est quoi ?
- J'allais justement y venir. C'est l'autre caractéristique remarquable du spectre émis par le bec. On voit qu'il existe sur la gauche du spectre, une partie moins intense (entre 80 et 85 dB). C'est à peu près le bruit émis par une voiture. Contrairement au bruit de raie dans les hautes fréquences, cette partie du bruit s'étale sur une large bande de fréquence (de 0 à 5 kHz). C'est pour cela qu'on appelle cette partie du spectre la composante large-bande. Si on le ramène à l'échelle réelle, ce bruit est très sourd puisqu'il correspond à une fréquence comprise entre 0 et 500 Hz."

Ptifils marque une pause, laissant à Mamie le temps de digérer ces informations. Mamie a les sourcils froncés, témoins d'une concentration intense. Ptifils reprend :

"Alors Mamie, tu as tout compris sur le spectre émis par le bec ? C'est important si tu veux comprendre la suite de bien avoir saisi cette étape.
- Ben... c'est un peu compliqué mais bon. Si je résume, le bruit émis par le bec c'est comme un gâteau avec deux ingrédients. Y en a un qui s'appelle "bruit de raie" et y en a pas beaucoup mais il a un goût très fort. Y en a un autre qui s'appelle "bruit large-bande" et y en a plus mais le goût est moins fort. C'est ça ?"

Ptifils ouvre des yeux touts ronds devant la frappante métaphore de sa Mamie !

"C'est une façon assez pragmatique et rigolote de voir les choses. Un peu inexacte, mais elle retranscrit assez fidèlement ce qu'il faut en retenir. Félicitations Mamie, tu es un très bon élève ! Allez, la prochaine fois on assemble tous les morceaux ! Tu verras enfin le pourquoi du comment de ma thèse !
- Et ben... c'est pas trop tôt...

(La suite ici : Expliquer ma thèse à Mamie #11 : le lien écoulement-spectre.)

 Posted by at 13 h 44 min
  • Mylen

    Et papy s'est bien remis de l'accident?
    Bien vu pour les comparaisons avec le gateau, c'est plus parlant :)
    Merci pour la suite, et puis je rajoute : encore, encore!

  • Florian

    > Et papy s'est bien remis de l'accident?

    Oui son poignet est réparé. Il le fait un peu souffrir de temps en temps, mais rien de grave :)

    > Bien vu pour les comparaisons avec le gateau, c'est plus parlant :)

    En effet, bien que ce soit un peu inexact, mais la métaphore permet de saisir un peu mieux ce que c'est que le spectre. La palette de peinture d'un artiste pourrait aussi servir de métaphore. D'ailleurs on parle aussi de "spectre" pour la lumière, sauf qu'au lieu de décomposer une couleur en fréquence on préfère parler de "longueur d'onde". Mais c'est une autre histoire...

    > Merci pour la suite, et puis je rajoute : encore, encore!

    La suite la semaine prochaine. Promis !