I- Le niveau d’intensité sonore.

1)- Le son : une onde mécanique (rappels et compléments)

a)-  Propagation d’un son.

-  Son émis par un haut-parleur :

-  Lorsqu’un haut-parleur est soumis à une tension périodique, sa membrane vibre.

-  Cela crée une vibration de l’air qui se propage de proche en proche sans transfert de matière : c’est une onde sonore.

-  Propagation d’un son :

Vidéo

-  Les molécules qui constituent l’air vibrent et transmettent ce mouvement de proche en proche aux molécules voisines.

-  Quelques points importants :

-  Un signal sonore a besoin d’un milieu matériel pour se propager.

  Un signal sonore se propage dans un milieu matériel solide, liquide ou gazeux mais ne se propage pas dans le vide.

-  Les vitesses de propagation d’un signal sonore dépendent du milieu matériel de propagation.

-  On parle aussi de la célérité c d’un son.

-  La valeur approchée de la vitesse de propagation d’un signal sonore dans l’air à environ 20 ° C est :

-  c ≈ 340 m / s.

-  Cette célérité dépend de la température, du milieu de propagation.

-  La célérité du son est plus grande dans les solides que dans les liquides et le gaz.

-  Car moins le milieu est compressible, plus il est difficile à déformer et plus il est rigide.

-  Plus il est rigide, plus grande est sa célérité.

b)-  Signal sonore périodique.

  Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers.

►  Période et fréquence :

-  La période T d’un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit identique à lui-même.

-  L’unité de période T est la seconde, symbole s.

-  La fréquence f représente le nombre de période par seconde. On écrit :

-   

-  unité de fréquence : Hertz : symbole Hz

-  Remarque : Pour obtenir la fréquence en Hz, il faut pour cela exprimer la période en seconde s.

c)-  La double périodicité :

-  Une onde sonore périodique possède une :

-  Périodicité temporelle T et une périodicité spatiale, sa longueur d’onde λ.

-  La longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde pendant une période T.

►  Relation fondamentale.

-  Il découle de ceci que pendant la durée d’une période T, l’onde parcourt la distance d égale à la longueur d’onde λ.

-  Si v représente la célérité de l’onde, on peut écrire la relation liant ces différentes grandeurs.

2)- Intensité sonore.

a)-  Perception des ondes sonores.

-  L’oreille humaine normale perçoit les ondes sonores dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 kHz.

-  Les ondes sonores de fréquences f < 20 Hz sont appelées infrasons.

-  Les ondes sonores de fréquences f > 20 kHz sont appelées ultrasons.

b)-  Hauteur et timbre.

-  Les sons émis par deux cordes différentes d’une guitare n’ont pas la même fréquence.

-  Ils n’ont pas la même hauteur.

-  Plus la hauteur d’un son est grande, plus sa fréquence est élevée et plus le son est aigu.

-  D’autre part, plus un son est grave et plus sa fréquence est basse.

-  Le timbre d’un son dépend du nombre et de l’amplitude des harmoniques qui sont présents.

-  Deux sons de même hauteur émis par des instruments différents ne sont pas perçus de la même manière, car les harmoniques, associées au fondamental, sont différentes.

-  L’analyse spectrale d’un son musical permet de caractériser :

-  La hauteur du son qui est liée à la fréquence f₁ du fondamental

-  Le timbre du son qui est lié au nombre et à l’amplitude des harmoniques présentes.

-  Le timbre du son émis dépend de l'instrument de musique mais aussi du point d'attaque.

c)- Puissance sonore P :

-  La puissance sonore, notée P, est l’énergie reçue par l’onde sonore pendant une durée donnée.

-  Elle s’exprime en watt (W)

-  C’est la puissance transportée par l’onde sonore.

d)-  Intensité sonore.

-  Le niveau d’intensité sonore est lié à l’amplitude du signal sonore.

-  C’est la puissance sonore reçue pour une surface donnée.

-  Plus l’amplitude du signal sonore est élevée plus l’intensité sonore I est grande.

-  L’intensité sonore, notée I, caractérise l’intensité du signal reçue par l’oreille.

-  L’intensité sonore I est la puissance P par unité de surface S transportée par une onde sonore.

-  Elle s’exprime en watt par mètre carré : W / m² ou W. m^–2

-  L’oreille humaine normale perçoit les signaux sonores dont l’intensité est comprise entre

-  Une valeur minimale I₀ = 1,0 × 10^–12 W. m^–2 (seuil d’audibilité)

-  Et une valeur maximale I_max = 25 W. m^–2 (seuil de douleur).

-  Ces seuils dépendent de la fréquence du son perçu et varient en fonction de l’individu.

-  Comme l’écart entre ces deux valeurs est très grand, on a créé une nouvelle grandeur, qui utilise une échelle logarithmique : appelée le niveau d’intensité sonore, notée L.

3)- Niveau d’intensité sonore.

-  Le niveau d’intensité sonore est une grandeur qui traduit la façon dont notre oreille perçoit l’« volume sonore » d’un son.

-  On définit le niveau d’intensité sonore L à partir de l’intensité associée au seuil d’audibilité.

-  Relation mathématique :

-  La notation log fait référence à la fonction logarithme décimal.

-  Ainsi, l’échelle de niveau d’intensité sonore L varie de 0 dB à environ 140 dB.

-  Alors que l’intensité sonore I varie de I₀ = 1,0 × 10^–12 W. m^–2 à 10² W. m^–2

►  Quelques propriétés de la fonction logarithme décimal :

-  log 1 = 0 ;  log 10 = 1 ;

- log 10ⁿ = n ; log 10^–n = – n

-   

-

-

-  Échelles de I et L :

-  Remarque : les valeurs de L (dB) sont plus faciles à manipuler que les valeurs de I (W. m^–2)

►  Remarque :

-  Que se passe-t-il lorsque l’intensité sonore I est multipliée par deux ?

-  Par définition :

-  Pour une intensité sonore I, le niveau d’intensité sonore L est :

-   

-  Pour une intensité sonore I’ = 2 I, le niveau d’intensité sonore L’ est :

-   

-  Lorsque l’intensité sonore I est multipliée par deux, le niveau d’intensité sonore L augmente de trois décibels (3 dB).

►  Fonction réciproque de la fonction logarithme décimal :

-  : cette relation est équivalente à :

-  Il est possible de calculer une intensité sonore I à partir de la connaissance du niveau d’intensité sonore L :

- 

-  Relation :

-  Échelle des niveaux d’intensité sonore L :

►  L’exposition sonore.

-  Plus le niveau d’intensité sonore et la durée d’exposition sont élevés et plus les risques d’atteinte de l’audition sont importants.

-  Lorsque plusieurs instruments de musique jouent ensemble, les intensités sonores I dues à chaque instrument s’ajoutent, alors que les niveaux d’intensité sonore L ne s’ajoutent pas.

-  L’exposition sonore tient compte du niveau d’intensité sonore et de la durée d’exposition auxquels l’oreille est soumise.

-  Une exposition sonore trop élevée peut entraîner des conséquences irréversibles, comme une surdité partielle, voire totale.

4)- Atténuation géométrique.

►  Mise en évidence :

-  On considère une source ponctuelle qui émet un signal sonore périodique de puissance P.

-  À la distance r, l’intensité sonore est I et le niveau d’intensité sonore est L.

  Quel est le niveau intensité sonore L’ à la distance r’ = 2 r ?

-  Schéma de la situation :

-  Au cours de la propagation de l‘onde sonore, l’énergie de l’onde sonore se répartit sur une surface de plus en plus grande (surface d’une sphère).

-  Au cours de la propagation, sans absorption, de l’onde sonore, la puissance P de la source se répartit sur la surface S d’une sphère centrée sur la source.

-  À la distance r, la surface de l’onde :  S = 4 π . r² ;

-  l’intensité sonore I :

-  À la distance r’ = 2 r, la surface de l’onde : S’ = 4 π . (r’)²

-  L’intensité sonore I’ :

-   

-  Or :

-  S’ = 4 π . (r’)² = 4 π . (2 r)²

-  S’ = 4 × 4 π . (r)² = 4 S

-  Intensité sonore I’ à la distance r’ = 2 r :

-   

-  L’intensité sonore a été divisée par 4.

-  Niveau d’intensité sonore L’ :

-   

-  Le niveau d’intensité sonore diminue de 6 dB.

►  Conclusion :

-  L’intensité sonore et le niveau d’intensité sonore diminuent lorsque l’on s’éloigne de la source sonore.

-  Lorsque la distance à la source est multipliée par deux l’intensité sonore est divisée par 4 et le niveau d’intensité sonore diminue de 6 dB.

►  L’atténuation géométrique A :

-  C’est la diminution, du niveau d’intensité sonore, en décibel (dB) lorsque la distance à la source sonore augmente.

-  Schéma :

5)- Atténuation par absorption.

-  Lorsqu’une onde sonore rencontre une paroi, celle-ci peut être :

-  Transmise, réfléchie ou absorbée.

-  Schéma :

-  L’atténuation par absorption A, en décibel, évalue l’efficacité d’un matériau à lutter contre la transmission de bruit.

II- L’analyse spectrale des sons.

1)- Introduction

-  L’analyse spectrale d’un son musical permet de caractériser :

-  La hauteur du son qui est liée à la fréquence f₁ du fondamental

-  Le timbre du son qui est lié au nombre et à l’amplitude des harmoniques présentes.

-  Le timbre du son émis dépend de l'instrument de musique mais aussi du point d'attaque.

2)- Le spectre d’un son.

a)-  Exemple : Son produit par une guitare.

-  Le spectre d’un son produit par une guitare est périodique, mais n’est pas sinusoïdal.

-  La guitare émet un son complexe alors que le GBF produit un signal pur, un signal sinusoïdal.

-  Enregistrement réalisé avec le logiciel Gratuit AUDACITY

Son clair : essai02

Son distordu : essai03

b)-  Spectre en fréquences

-  Un son complexe est formé d’une superposition de vibrations sinusoïdales ayant des amplitudes et des fréquences différentes.

-  En 1822, le mathématicien français Joseph FOURIER a montré que :

-  Tout signal périodique de fréquence f₁ peut être décomposé en une somme de signaux sinusoïdaux de fréquences f_n multiples de f₁.

-  Avec f_n = n.f₁ et n € N*

-  La fréquence f₁ est appelée le fondamental.

-  C’est la fréquence la plus basse.

-  Elle fixe la hauteur du son ou la note de musique

-  Les fréquences 2 f₁, 3 f₁, …, n.f₁ sont appelées harmoniques.

-  L’analyse spectrale d’un son permet d’en obtenir le spectre en fréquences.

-  Le spectre en fréquences d’un son est la représentation graphique de l’amplitude de ses composantes sinusoïdales en fonction de la fréquence.

►    Cas du son distordu :

-  Le spectre en fréquences du son distordu émis par une guitare montre plusieurs pics de fréquences :

-  f₁ ≈ 587 Hz. C’est la fréquence du fondamental, le ré₃.

-  2 f₁, la première harmonique, puis, 2 f₁ et 6 f₁.

c)-  La hauteur et le timbre.

-  La hauteur d’un son :

-  Plus la fréquence d’un son est faible et plus le son est grave ou bas.

-  Plus la fréquence d’un son est élevée et plus le son est aigu ou haut.

-  Le timbre d’un son :

-  Le timbre d’un son dépend du nombre et de l’amplitude des harmoniques qui sont présents.

-  Deux sons de même hauteur émis par des instruments différents ne sont pas perçus de la même manière, car les harmoniques, associées au fondamental, sont différentes.

-  L’analyse spectrale d’un son musical permet de caractériser :

-  La hauteur du son est liée à la fréquence f₁du fondamental.

-  Le timbre du son, est lié au nombre et à l’amplitude des harmoniques.

►    Exemple de spectre en fréquences :

-     La fréquence du fondamental du son du document ci-dessus vaut 440 Hz (La₃)

►    Signaux délivrés par un GBF relié à un haut-parleur :

-  Le signal triangulaire :

-  Le signal « carré » :

III- L’effet Doppler.

1)- Introduction.

-  Une onde électromagnétique ou mécanique émise avec une fréquence f_E est perçue avec une fréquence différente f_R lorsque l’émetteur et le récepteur sont en déplacement relatif.

-  C’est ce que l’on appelle l’effet Doppler.

-  L'effet Doppler fut présenté par Christian Doppler en 1842 pour les ondes sonores puis par Hippolyte Fizeau pour les ondes électromagnétiques en 1848.

-  le son d’une sirène est perçu plus aigu lorsque le véhicule qui l’émet se rapproche de l’observateur.

-  Le son de la sirène est plus grave lorsque le véhicule qui l’émet s’éloigne de l’observateur.

-  Ce phénomène a été prévu par C. DOPPLER en 1842 et confirmé expérimentalement en 1845 par C. BUYS-BALLOT.

-  Il y a aujourd'hui de multiples applications.

-  Un radar de contrôle routier est un instrument servant à mesurer la vitesse des véhicules circulant sur la voie publique à l'aide d'ondes radar.

-  Les fréquences des ondes radar sont comprises entre 300 MHz et 15 GHz.

-  Le radar émet une onde continue qui est réfléchie par toute cible se trouvant dans la direction pointée.

-  Par effet Doppler, cette onde réfléchie possède une fréquence légèrement différente de celle émise :

-  plus grande fréquence pour les véhicules s'approchant du radar et plus petite pour ceux s'en éloignant.

-  En mesurant la différence de fréquence entre l’onde émise et celle réfléchie, on peut calculer la vitesse de la «cible».

-  Mais les radars Doppler sont utilisés dans d'autres domaines…

-  En météorologie, le radar Doppler permet d'analyser la vitesse et le mouvement des perturbations et de fournir des prévisions de grêle, de pluies abondantes, de neige ou de tempêtes.

-  En imagerie médicale, le radar Doppler permet d'étudier le mouvement des fluides biologiques.

-  Une sonde émet des ondes ultrasonores et ce sont les globules rouges qui font office d'obstacles et les réfléchissent.

-  L'analyse de la variation de la fréquence des ondes réfléchies reçues par cette même sonde permet ainsi de déterminer la vitesse du sang dans les vaisseaux.

2)- Présentation de l’effet Doppler.

a)-  Détermination par effet Doppler de la vitesse d’un émetteur sonore qui se rapproche :

  La valeur de la vitesse d’un émetteur E s’approchant d’un observateur immobile (R) peut être calculée par effet Doppler.

-  Les différentes grandeurs physiques :

-  f_E est la fréquence du signal produit par l’émetteur E ;

-  f_R est la fréquence du signal reçu par l’observateur R ;

-  v est la valeur de la vitesse de l’onde ;

-  v_E est la valeur de la vitesse de l’émetteur E par rapport à l’observateur R.

-  Référentiel d’étude : Les valeurs des vitesses sont mesurées dans un référentiel terrestre :

-  Les conditions de l’étude :

-  On se place dans le cas où :

-  L’air est supposé immobile par rapport au son.

-  La vitesse de déplacement de l’émetteur v_E par rapport au récepteur est faible et inférieure à la vitesse v de l’onde dans le milieu de propagation.

-  En conséquence, on considère que : v_E << v

-  Schéma représentatif de la situation :

  À la date t₀ = 0 s, E est à la distance d de R et émet une onde.

  Exprimer littéralement la date t₁ au bout de laquelle le signal est perçu par R.

-  Expression de la date t₁ :

-  L’onde est émise de l’émetteur (E) se déplace à la vitesse v.

-  La distance parcourue par l’onde est d.

-  Date t₁ au bout de laquelle le signal est perçu par A :

  Déterminer l’expression de la distance d_E parcourue par l’émetteur (E) pendant la période T_E du signal émis.

-  Expression de la distance d_E parcourue par l’émetteur (E) pendant la période T_E du signal émis :

-  L’émetteur se déplace à la vitesse v_E par rapport à l’observateur :

-  d_E = v_E . T_E

  À la date T_E, quelle est la distance d’ entre E et R ?

-  À la date T_E, l’émetteur a parcouru la distance d_E.

-  L’émetteur se rapproche de R.

-  d’ = d – d_E

-  d’ = d – v_E . T_E

  À la date T_E, l’émetteur émet de nouveau une onde. À quelle date t₂ l’observateur reçoit-il cette onde ?

-  Distance à parcourir :

-  d’ = d – v_E . T_E

-  Date t₂ où l’observateur reçoit cette onde :

-   

  Quelle est la durée T_R séparant deux signaux consécutifs captés par l’observateur ? Que représente T_R ?

-  Durée T_R séparant deux signaux consécutifs captés par l’observateur,

-  T_R = t₂ – t₁

-  La grandeur T_R représente la période de l’onde perçue par l’observateur.

  Exprimer la relation liant f_R , f_E, v et v_E dans cette situation.

-  Relation liant f_R, f_E, v et v_E:

-   

  Quelle est l’expression littérale de la valeur de la vitesse v_E de l’émetteur ?

-  Expression littérale de la valeur de la vitesse v_E de l’émetteur :

b)-  Détermination par effet Doppler de la vitesse d’un émetteur sonore qui s’éloigne :

  La valeur de la vitesse d’un émetteur E s’éloignant d’un observateur immobile (R) peut être calculée par effet Doppler.

-  f_E est la fréquence du signal produit par l’émetteur ;

-  f_R est la fréquence du signal reçu par l’observateur ;

-  v est la valeur de la vitesse de l’onde ;

-  v_E est la valeur de la vitesse de l’émetteur par rapport à l’observateur.

-  Les valeurs des vitesses sont mesurées dans un référentiel terrestre :

-  On se place dans le cas où :

-  L’air est supposé immobile par rapport au son.

-  La vitesse de déplacement de l’émetteur par rapport au récepteur est faible et inférieure à la vitesse de l’onde dans le milieu de propagation.

-  En conséquence, on considère que : v_E << v

-  Schéma représentatif de la situation :

  À la date t₀ = 0 s, E est à la distance d de R et émet une onde. Exprimer littéralement la date t₁ au bout de laquelle le signal est perçu par R.

-  Expression de la date t₁ :

-  L’onde est émise de l’émetteur (E) se déplace à la vitesse v.

-  La distance parcourue par l’onde est d.

-  Date t₁ au bout de laquelle le signal est perçu par R :

-   

  Déterminer l’expression de la distance d_E parcourue par l’émetteur (E) pendant la période T_E du signal émis.

-  Expression de la distance d_E parcourue par l’émetteur (E) pendant la période T_E du signal émis :

-  L’émetteur se déplace à la vitesse v_E par rapport à l’observateur :

-  d_E = v_E . T_E

  À la date T_E, quelle est la distance d’ entre E et R ?

-  À la date T_E, l’émetteur a parcouru la distance d_E.

-  L’émetteur s’éloigne de R.

-  d’ = d + d_E

-  d’ = d + v_E . T_E

À la date T_E, l’émetteur émet de nouveau une onde. À quelle date t₂ l’observateur reçoit-il cette onde ?

-  Distance à parcourir :

-  d’ = d + v_E . T_E

-  Date t₂ où l’observateur reçoit cette onde :

-   

  Quelle est la durée T_R séparant deux signaux consécutifs captés par l’observateur ? Que représente T_R ?

-  Durée T_R séparant deux signaux consécutifs captés par l’observateur.

-  T_R = t₂ – t₁

-  La grandeur T_R représente la période de l’onde captée (reçue) l’observateur.

  Exprimer la relation liant f_R, f_E, v et v_E dans cette situation.

-  Relation liant f_R, f_E, v et v_E:

-   

  Quelle est l’expression littérale de la valeur de la vitesse v_E de l’émetteur ?

-  Expression littérale de la valeur de la vitesse v_E de l’émetteur :

-   

c)-  Une autre approche de l’effet Doppler (avec la longueur d’onde λ) :

-  La valeur de la vitesse d’un émetteur E s’approchant d’un observateur immobile (R) peut être calculée par effet Doppler

-  f_E est la fréquence du signal produit par l’émetteur ;

-  λ_E est la longueur d’onde du son émis par l’émetteur

-  f_R est la fréquence du signal reçu (perçu) par l’observateur ;

-  λ_R est la longueur d’onde du son reçu (perçu) par l’observateur ;

-  v est la valeur de la vitesse de l’onde ;

-  v_E est la valeur de la vitesse de l’émetteur par rapport à l’observateur.

-  Les valeurs des vitesses sont mesurées dans un référentiel terrestre :

-  On se place dans le cas où :

-  L’air est supposé immobile par rapport au son.

-  La vitesse de déplacement de l’émetteur par rapport au récepteur est faible et inférieure à la vitesse de l’onde dans le milieu de propagation.

-  En conséquence, on considère que : v_E << v

-  Schéma représentatif de la situation :

-  Au temps t = 0 s, l’émetteur émet le bip 1 de fréquence f_E

-  Au temps t = T_E, l’émetteur émet le bip 2 de fréquence f_E.

-  Pendant la durée T_E, l’émetteur s’est rapproché de la distance d :

-  d = v_E.T_E

-  Les deux bips sont séparés de la distance d’ :

-  d’ = v.T_E – v_E.T_E

-  La distance d’ représente la longueur d’onde du signal perçu par l’observateur

-   λ_R = v.T_E – v_E.T_E

-  D’autre part :

-  λ_E = v.T_E

-  On tire :

-  λ_R = λ_E – v_E.T_E

-  L’onde perçue par le récepteur a une longueur d’onde inférieure (une période inférieure ou une fréquence plus grande) que celle envoyée par l’émetteur.

-  Expression de la vitesse v_E dans ce cas :

-  La valeur de la vitesse d’un émetteur E s’éloignant d’un observateur immobile (R) peut être calculée par effet Doppler.

-  f_E est la fréquence du signal produit par l’émetteur ;

-  f_R est la fréquence du signal reçu par l’observateur ;

-  v est la valeur de la vitesse de l’onde ;

-  v_E est la valeur de la vitesse de l’émetteur par rapport à l’observateur.

-  Les valeurs des vitesses sont mesurées dans un référentiel terrestre :

-  On se place dans le cas où :

-  L’air est supposé immobile par rapport au son.

-  La vitesse de déplacement de l’émetteur par rapport au récepteur est faible et inférieure à la vitesse de l’onde dans le milieu de propagation.

-  En conséquence, on considère que : v_E << v

-  Schéma représentatif de la situation :

-  Au temps t = 0 s, l’émetteur émet le bip 1de fréquence f_E

-  Au temps t = T_E, l’émetteur émet le bip 2 de fréquence f_E.

-  Pendant la durée T_E, l’émetteur s’est éloigné de la distance d :

-  d = v_E.T_E

-  Les deux bips sont séparés de la distance d’ :

-  d’ = v.T_E + v_E.T_E

-  La distance d’ représente la longueur d’onde du signal perçu par l’observateur

-   λ_B = v.T_E + v_E.T_E

-  D’autre part :

-  λ_E = v.T_E

-  On tire :

-  λ_R = λ_E + v_E.T_E

-  L’onde perçue par le récepteur a une longueur d’onde plus grande (une période supérieure ou une fréquence plus petite) que celle envoyée par l’émetteur.

-  Expression de la vitesse v_E dans ce cas :

-   

d)-  En résumé :

-  Lorsque l’émetteur E se rapproche du récepteur R :

-  Expression de la vitesse :

-  Lorsque l’émetteur E s’éloigne du récepteur R :

-  Expression de la vitesse :

3)- Expression du décalage Doppler.

-  Comme les grandeurs λ, T et f sont liées entre elles, l’effet Doppler correspond aussi à un décalage de période et de longueur d’onde.

-  Le signe du décalage Doppler dépend du sens d’évolution de la distance entre l’émetteur E et le récepteur R.

-  La distance entre l’émetteur E et le récepteur R diminue :

Longueur d’onde	Période	Fréquence

-  La longueur d’onde λ_R < λ_E, la période T_R < T_E et la fréquence f_R > f_E.

-  Le son perçu est plus aigu.

-  Expression de la vitesse :

-  Expression du décalage Doppler :

-  Δf = f_R – f_E

-  Comme v_E << v, dans ce cas, le décalage Doppler est positif : Δf > 0

-  La distance entre l’émetteur E et le récepteur R augmente :

Longueur d’onde	Période	Fréquence

-  La longueur d’onde λ_R > λ_E, la période T_R > T_E et la fréquence f_R < f_E

-  Le son perçu est plus grave.

-  Expression de la vitesse :

-  Expression du décalage Doppler dans ce cas :

-  Δf = f_R – f_E

-  Dans ces cas, le décalage Doppler est négatif : Δf < 0

-  Si l’émetteur E est immobile par rapport au récepteur R, alors :

-  λ_R = λ_E, T_R = T_E et f_R = f_E.

-  D’autre part, l’effet Doppler constitue une méthode de mesure de la valeur de la vitesse.

4)- Effet Doppler-Fizeau.

-  Le spectre de la lumière émise par une étoile comporte des raies d’absorption caractéristiques des éléments présents dans l’atmosphère qui l’entoure.

-  En appliquant les conséquences de l’effet C. Doppler à la lumière, H. Fizeau (1819-1896) a postulé en 1848 que :

-  Si une étoile s’éloigne ou s’approche de la Terre, on doit observer un décalage de ses raies d’absorption.

-  La mesure de ce décalage permettrait de calculer la vitesse radiale de l’étoile.

-  Les télescopes modernes et les outils informatiques permettent aujourd’hui de calculer les vitesses radiales des étoiles en analysant de très nombreuses raies.

-  L’effet Doppler-Fizeau permet de calculer la valeur de la vitesse radiale d’une étoile en comparant les longueurs d’onde de son spectre d’absorption à celles d’un spectre de référence.

-  Lorsque l’étoile s’éloigne de la Terre, on observe un décalage vers les grandes longueurs d’onde c’est-à-dire vers le rouge pour les raies du visible (Redshift).

-  Lorsque l’étoile se rapproche de la Terre, on observe un décalage vers les petites longueurs d’onde c’est-à-dire vers le bleu pour les raies du visible (Blueshift).

-  Remarque : la vitesse radiale d’une étoile est la vitesse à laquelle elle s’éloigne ou s’approche de la Terre.

-  Le décalage de la longueur d’onde dû à l’effet Doppler-Fizeau permet de calculer la valeur de la vitesse d’éloignement ou de rapprochement d’une galaxie par rapport à la Terre.