Que sont les ultrasons ?
S'il y a des sons que l'on peut entendre, il existe aussi des sons que l'être humain n'est pas capable de percevoir. En effet, la plage de fréquence des sons audibles par l'homme se situe entre environ 20 Hz et 20 kHz. Les sons dont la fréquence se situe en dessous de 20 Hz sont appelés infrasons, tandis que les sons dont la fréquence se situe au-dessus de 20 kHz sont appelés ultrasons. Plus un son a une fréquence élevée, plus on l'entend aigu, et au contraire plus la fréquence est basse, plus on l'entend grave.
Comment mesurer des distances avec des ultrasons ?
Certains animaux, comme les chauve-souris ou encore les dauphins et les baleines, utilisent les ultrasons pour se repérer dans l'espace et repérer leurs sources de nourriture. Mais comment font-ils ?
Ces animaux utilisent l'écholocalisation, une technique tirant parti du phénomène d'écho acoustique. Lorsque qu'un son est émis et qu'il rencontre un obstacle en chemin, il est réfléchi et une partie du son revient au point de départ. Ainsi, en comptant le temps entre l'envoi du son et la réception de l'écho, il est possible d'estimer la distance entre l'émetteur (l'animal) et l'obstacle :
Fonctionnement du télémètre à ultrasons
Le télémètre possède un émetteur ainsi qu'un récepteur à ultrasons. Lorsque l'on souhaite effectuer une mesure, une impulsion électrique est envoyée à l'émetteur, qui va envoyer des ultrasons. Ensuite, une fois que le récepteur recevra l'écho, il enverra à son tour une impulsion électrique que le microcontrôleur pourra capter. Le microcontrôleur ayant mesuré le temps entre l'envoi de l'ultrason et la réception, il est alors possible de déterminer la distance selon la formule de calcul des distances :
d = V * t, avec
d la distance en mètres,
V la vitesse en mètres par secondes, et
t le temps en secondes
En appliquant cette formule à notre cas, on obtient la formule suivante :
d = 340 * t / 2, avec
d la distance en mètres,
340 la vitesse du son dans l'air en mètres par seconde, et
t le temps en secondes. On notera qu'on divise le résultat par deux car le temps obtenu lors de la mesure est celui de l'aller-retour de l'onde ultrasonore (aller + écho retour), on divise donc par deux pour obtenir la distance aller seulement.
Imprécision de la mesure
Pour le calcul de la distance, on fixe la vitesse du son à 340 mètres par seconde. Mais cette vitesse change selon plusieurs facteurs, comme la pression atmosphérique, la température ou encore l'humidité de l'air. En effet, la vitesse du son est influencée par la densité du milieu qu'il traverse. C'est pour cette raison que le son se déplace, par exemple, à ~1500 m/s dans l'eau, ou encore à ~5500 m/s dans le verre. Ainsi, comme la température, la pression et l'humidité changent la densité de l'air ambiant, la mesure de distance peut être plus ou moins incorrecte selon les conditions que sont prises la mesure. La vitesse de 340 m/s est la vitesse du son à une température de 15°C à une altitude de 0 m soit le niveau de la mer. Plus vous vous rapprocherez de ces conditions, plus la mesure sera précise, et inversement.
