ultrason.
Publié le 08/12/2021
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ultrason. n.m., onde élastique dont la fréquence est comprise entre 20 kHz (kilohertz) et
quelques centaines de MHz (mégahertz). Les ultrasons se propagent dans tous les milieux
matériels, mais des phénomènes d'absorption spécifiques à chaque milieu limitent les
domaines de fréquence utilisables. Ainsi, dans l'air, il n'est pas possible d'obtenir une
propagation pour des fréquences supérieures à quelques centaines de kHz, alors que certains
solides particulièrement durs et rigides se laissent traverser par des ultrasons dont la
fréquence atteint le gigahertz (GHz).
La production des ultrasons.
Le générateur d'ultrasons le plus employé est le transducteur piézo-électrique, qui utilise la
propriété, découverte par Jacques et Pierre Curie, qu'ont certains cristaux comme le
quartz de vibrer mécaniquement lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique oscillant. La
vibration mécanique se produit à la fréquence du champ électrique et devient d'amplitude
très grande si la fréquence d'excitation correspond à une des fréquences de résonance du
cristal. L'effet piézo-électrique est un effet réversible, ce qui signifie qu'un cristal piézoélectrique soumis à une vibration mécanique devient le siège d'une vibration électrique de
même fréquence. Les transducteurs piézo-électriques peuvent être employés comme
émetteurs et comme récepteurs d'ondes ultrasonores. On peut également engendrer des
ultrasons de façon purement mécanique, en excitant la vibration d'une colonne d'air
(sifflets et sirènes), électromagnétique, à l'aide de dispositifs analogues à des hautparleurs, ou électromécanique, en excitant par un champ électrique alternatif le plasma
produit par une flamme.
Les propriétés des ultrasons.
Comme pour toute onde élastique, la propagation des ultrasons dans un milieu donné est
caractérisée par une vitesse de propagation et une absorption. La vitesse de propagation
dépend considérablement du milieu (340 m . s-1 dans l'air, 1540 m . s-1 dans l'eau et
5000 m . s-1 dans l'aluminium), mais elle dépend très peu de la fréquence pour un milieu
donné. L'absorption, en revanche, dépend considérablement de la fréquence. On sait
réaliser des faisceaux ultrasonores d'une fréquence parfaitement déterminée, cohérents,
très étroits et directifs, portant une énergie élevée. Ces propriétés sont mises à profit dans
la plupart de leurs applications.
Complétez votre recherche en consultant :
Les corrélats
son - La propagation du son
Les applications des ultrasons.
En ce qui concerne les applications scientifiques à la physique, l'existence de bandes
d'absorption des ultrasons donne des informations sur les modes de rotation et de
vibration des édifices moléculaires responsables de ces absorptions. Les applications
techniques des ultrasons sont aujourd'hui extrêmement nombreuses. On peut distinguer
celles qui mettent en jeu l'énergie portée par les ultrasons et celles qui utilisent la
propagation des ultrasons dans les milieux solides et liquides.
Lorsque la densité d'énergie portée par une onde ultrasonore se propageant dans un
liquide devient assez élevée, il se produit des phénomènes de cavitation qui prennent
naissance sur les microbulles présentes dans le liquide. Cette propriété est mise à profit
pour dégazer les liquides, pour engendrer des microémulsions et pour produire des
phénomènes d'érosion que l'on utilise pour le décapage et le nettoyage de pièces solides.
Lorsqu'une onde ultrasonore se propageant dans un milieu rencontre une interface
avec un autre milieu, elle est partiellement réfléchie ou diffusée par cette interface, ce qui
donne naissance à une onde rétrodiffusée qui se propage vers la source. La détection et la
caractérisation de cette onde donnent de nombreux renseignements sur la forme, la
nature et le mouvement de l'interface réfléchissante. Les applications principales de cette
propriété sont le sonar et l'échographie, en métallurgie et en médecine.
Dans le sonar, utilisé en détection sous-marine, on mesure le temps mis par une
impulsion ultrasonore pour faire l'aller-retour entre l'émetteur et la cible, d'où l'on déduit la
distance de cette cible. En balayant l'espace par des impulsions successives, on peut
déterminer la forme de cette cible et éventuellement son mouvement. Cette méthode,
initialement inventée pour détecter les sous-marins et les torpilles, sert surtout aujourd'hui
à la cartographie sous-marine.
À l'origine conçue, dans le domaine médical, comme un simple sonar à courte portée,
l'échographie s'est considérablement améliorée, par l'emploi de techniques raffinées
utilisant la cohérence de l'onde ultrasonore et la possibilité de contrôler à son gré, de façon
purement électronique, la forme et l'intensité des surfaces d'onde qu'on envoie sur les
organes étudiés. Il devient alors possible de focaliser le faisceau en un point donné, ce qui
permet d'analyser plus finement une partie d'un organe, ou, en augmentant l'énergie de
l'onde, de détruire sélectivement un objet indésirable (par exemple un calcul).
En mesurant la fréquence des ondes diffusées par des objets en mouvement, on peut
calculer la vitesse de ces objets le long de la ligne de visée (effet Doppler). On peut ainsi
mesurer très rapidement et sans dommage la vitesse du sang dans les vaisseaux dès
qu'on peut appliquer une sonde à la surface de ceux-ci. Le Doppler est devenu un examen
de routine dans la détection des troubles de la circulation sanguine.
Dans le domaine métallurgique, les ultrasons fournissent une sonde particulièrement
efficace pour détecter les défauts à l'intérieur de pièces métalliques massives ou peu
accessibles comme les réacteurs nucléaires.
Les domaines d'application des ultrasons sont immenses et en plein développement.
Les quelques exemples cités sont parmi les plus importants, mais d'autres, comme la
catalyse chimique, la stérilisation des aliments, la soudure ou la prospection géophysique,
méritent également d'être mentionnés.
Complétez votre recherche en consultant :
Les corrélats
coeur - Méthodes d'investigation en cardiologie
Complétez votre recherche en consultant :
Les corrélats
communication animale
échographie
électroacoustique - 1.PHYSIQUE
hyperson
imagerie médicale - L'échographie - Introduction
Langevin Paul
océanographie - La connaissance de l'océan
piézoélectricité
rayonnement - Classification des rayonnements
rayonnement - Le rayonnement sonore
repérage
son - Son et ondes sonores - Les seuils de perception, en fréquence et en intensité
sonar
ultrason. n.m., onde élastique dont la fréquence est comprise entre 20 kHz (kilohertz) et
quelques centaines de MHz (mégahertz). Les ultrasons se propagent dans tous les milieux
matériels, mais des phénomènes d'absorption spécifiques à chaque milieu limitent les
domaines de fréquence utilisables. Ainsi, dans l'air, il n'est pas possible d'obtenir une
propagation pour des fréquences supérieures à quelques centaines de kHz, alors que certains
solides particulièrement durs et rigides se laissent traverser par des ultrasons dont la
fréquence atteint le gigahertz (GHz).
La production des ultrasons.
Le générateur d'ultrasons le plus employé est le transducteur piézo-électrique, qui utilise la
propriété, découverte par Jacques et Pierre Curie, qu'ont certains cristaux comme le
quartz de vibrer mécaniquement lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique oscillant. La
vibration mécanique se produit à la fréquence du champ électrique et devient d'amplitude
très grande si la fréquence d'excitation correspond à une des fréquences de résonance du
cristal. L'effet piézo-électrique est un effet réversible, ce qui signifie qu'un cristal piézoélectrique soumis à une vibration mécanique devient le siège d'une vibration électrique de
même fréquence. Les transducteurs piézo-électriques peuvent être employés comme
émetteurs et comme récepteurs d'ondes ultrasonores. On peut également engendrer des
ultrasons de façon purement mécanique, en excitant la vibration d'une colonne d'air
(sifflets et sirènes), électromagnétique, à l'aide de dispositifs analogues à des hautparleurs, ou électromécanique, en excitant par un champ électrique alternatif le plasma
produit par une flamme.
Les propriétés des ultrasons.
Comme pour toute onde élastique, la propagation des ultrasons dans un milieu donné est
caractérisée par une vitesse de propagation et une absorption. La vitesse de propagation
dépend considérablement du milieu (340 m . s-1 dans l'air, 1540 m . s-1 dans l'eau et
5000 m . s-1 dans l'aluminium), mais elle dépend très peu de la fréquence pour un milieu
donné. L'absorption, en revanche, dépend considérablement de la fréquence. On sait
réaliser des faisceaux ultrasonores d'une fréquence parfaitement déterminée, cohérents,
très étroits et directifs, portant une énergie élevée. Ces propriétés sont mises à profit dans
la plupart de leurs applications.
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Les corrélats
son - La propagation du son
Les applications des ultrasons.
En ce qui concerne les applications scientifiques à la physique, l'existence de bandes
d'absorption des ultrasons donne des informations sur les modes de rotation et de
vibration des édifices moléculaires responsables de ces absorptions. Les applications
techniques des ultrasons sont aujourd'hui extrêmement nombreuses. On peut distinguer
celles qui mettent en jeu l'énergie portée par les ultrasons et celles qui utilisent la
propagation des ultrasons dans les milieux solides et liquides.
Lorsque la densité d'énergie portée par une onde ultrasonore se propageant dans un
liquide devient assez élevée, il se produit des phénomènes de cavitation qui prennent
naissance sur les microbulles présentes dans le liquide. Cette propriété est mise à profit
pour dégazer les liquides, pour engendrer des microémulsions et pour produire des
phénomènes d'érosion que l'on utilise pour le décapage et le nettoyage de pièces solides.
Lorsqu'une onde ultrasonore se propageant dans un milieu rencontre une interface
avec un autre milieu, elle est partiellement réfléchie ou diffusée par cette interface, ce qui
donne naissance à une onde rétrodiffusée qui se propage vers la source. La détection et la
caractérisation de cette onde donnent de nombreux renseignements sur la forme, la
nature et le mouvement de l'interface réfléchissante. Les applications principales de cette
propriété sont le sonar et l'échographie, en métallurgie et en médecine.
Dans le sonar, utilisé en détection sous-marine, on mesure le temps mis par une
impulsion ultrasonore pour faire l'aller-retour entre l'émetteur et la cible, d'où l'on déduit la
distance de cette cible. En balayant l'espace par des impulsions successives, on peut
déterminer la forme de cette cible et éventuellement son mouvement. Cette méthode,
initialement inventée pour détecter les sous-marins et les torpilles, sert surtout aujourd'hui
à la cartographie sous-marine.
À l'origine conçue, dans le domaine médical, comme un simple sonar à courte portée,
l'échographie s'est considérablement améliorée, par l'emploi de techniques raffinées
utilisant la cohérence de l'onde ultrasonore et la possibilité de contrôler à son gré, de façon
purement électronique, la forme et l'intensité des surfaces d'onde qu'on envoie sur les
organes étudiés. Il devient alors possible de focaliser le faisceau en un point donné, ce qui
permet d'analyser plus finement une partie d'un organe, ou, en augmentant l'énergie de
l'onde, de détruire sélectivement un objet indésirable (par exemple un calcul).
En mesurant la fréquence des ondes diffusées par des objets en mouvement, on peut
calculer la vitesse de ces objets le long de la ligne de visée (effet Doppler). On peut ainsi
mesurer très rapidement et sans dommage la vitesse du sang dans les vaisseaux dès
qu'on peut appliquer une sonde à la surface de ceux-ci. Le Doppler est devenu un examen
de routine dans la détection des troubles de la circulation sanguine.
Dans le domaine métallurgique, les ultrasons fournissent une sonde particulièrement
efficace pour détecter les défauts à l'intérieur de pièces métalliques massives ou peu
accessibles comme les réacteurs nucléaires.
Les domaines d'application des ultrasons sont immenses et en plein développement.
Les quelques exemples cités sont parmi les plus importants, mais d'autres, comme la
catalyse chimique, la stérilisation des aliments, la soudure ou la prospection géophysique,
méritent également d'être mentionnés.
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Les corrélats
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rayonnement - Le rayonnement sonore
repérage
son - Son et ondes sonores - Les seuils de perception, en fréquence et en intensité
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