Qu'est-ce qu'un bang supersonique ?

Si vous entendez ce qui ressemble à un coup de tonnerre mais qu'il n'y a pas un nuage dans le ciel, la source du bruit pourrait bien être un bang supersonique.

Un bang supersonique est le bruit généré par un avion ou un autre objet lorsqu'il dépasse la vitesse du son. S’élevant généralement à 110 décibels, il est aussi fort que le tonnerre ou bien une explosion. Les bangs supersoniques sont de plus en plus fréquents le long de la côte de la Floride centrale où SpaceX continue de tester ses fusées.

Qu'est-ce qui provoque exactement un bang supersonique ? Est-il dangereux de se trouver à proximité d'un tel phénomène ?

QU'EST-CE QUI PROVOQUE UN BANG SUPERSONIQUE ?

Les bangs supersoniques peuvent être provoqués par des objets aussi petits que des balles ou des fouets, ou par des phénomènes naturels tels que les éruptions volcaniques, les pluies de météorites et les tremblements de terre. Ils sont néanmoins surtout associés aux avions. 

Lorsqu'un objet, comme une navette spatiale par exemple, atteint une vitesse élevée, il génère des ondes sonores et des molécules d’air qui se propagent autour de lui, comme un caillou lancé sur la surface d'un lac. Mais à mesure que la navette accélère, les ondes émises au niveau de son nez commencent à se superposer et à se comprimer. Pendant ce temps, le reste des ondes continuent à s'éloigner des côtés et de l'arrière du vaisseau, comme celles du sillage d'un bateau qui passe rapidement.

Si l’appareil continue d'accélérer, il finira par dépasser la vitesse à laquelle les ondes devant lui peuvent se déplacer, ce qui signifie qu'il aura commencé à dépasser la vitesse du son qui est d'environ 340 mètres par seconde, soit 1 224 kilomètres par heure.

À ce moment-là, la pression accumulée à l'avant du véhicule est telle qu'elle libère une grande onde sonore, également appelée onde de choc, qui ressemble à une explosion. Selon la NASA, c'est ce « relâchement brutal de la pression » qui forme le bang supersonique que l’on entend.

QU'EST-CE QUE LE SILLAGE SUPERSONIQUE ?

Si la navette spatiale maintient sa vitesse au-delà de celle du son, elle continuera de générer un cône de molécules d'air qui vont être comprimées. Un bang supersonique accompagne donc un objet dans son déplacement, dirigeant une partie des ondes sonores vers le sol, où nous pouvons les entendre. C'est ce qu'on appelle le « sillage supersonique ».

Il est intéressant de noter que la taille du sillage supersonique augmente avec la hauteur à laquelle se situe l'objet, à raison d'environ 1,5 kilomètre par 300 mètres d'altitude. Par exemple, selon les calculs de la NASA, un avion voyageant à 15 240 mètres génèrera un sillage supersonique de 80 kilomètres de large. Les personnes se trouvant directement sous la trajectoire de l'avion entendront davantage le bang supersonique que celles qui se trouveront sur les bords du sillage.

La géographie de la zone ou les mouvements de l'avion peuvent également affecter l'intensité des ondes sonores qu'il engendre. Les accélérations soudaines, les virages en « S », les collines et les vallées peuvent par exemple amplifier le bang supersonique.

LES BANGS SUPERSONIQUES SONT-ILS DANGEREUX ?

L'intensité d'un bang supersonique peut se mesurer en kilogramme-force par mètre carré. Il est néanmoins plus habituel d’utiliser le pascal, équivalent au newton par mètre carré, qui fait partie du système international d’unités. L’intensité augmente avec la taille et la vitesse de l'objet.

La bonne nouvelle, c'est qu’en règle générale, le son ou la surpression engendrés, d’environ 5 à 10 kilogrammes par mètre carré, sont trop faibles pour causer des blessures physiques aux personnes qui entendraient un bang supersonique.

Selon la NASA, à partir d'une surpression d’environ 10 à 25 kilogrammes par mètre carré, des structures peuvent être endommagées. Ce phénomène est plus susceptible de se produire avec des avions exceptionnellement grands ou volant à des altitudes anormalement basses. L'agence spatiale américaine estime toutefois que la plupart des bâtiments « normaux » peuvent supporter des surpressions allant jusqu'à près de 54 kilogrammes par mètre carré sans subir de dommages.

D'après ces données, les tympans humains ne risquent rien : pour qu'un bang supersonique fasse des dégâts, il faudrait qu'il soit près de 600 fois plus fort que la surpression générée par l'atterrissage d'une navette spatiale.

HISTOIRE DU BANG SUPERSONIQUE

Les industries de l'espace et de l'aviation ont dû étudier attentivement l'impact des bangs supersoniques.

L'avion-fusée Bell X-1 a été le premier appareil capable de produire un bang supersonique. Il a officiellement franchi le mur du son pour la première fois en 1947 alors qu'il transportait le pilote d'essai Charles Elwood Yeager. Ce moment a été immortalisé dans la littérature et le cinéma par le livre L'Étoffe des héros de Tom Wolfe et le film portant le même nom.

Dans les années qui ont suivi, les constructeurs aéronautiques ont espéré inaugurer une nouvelle ère : celle des vols supersoniques. En 1976, un avion de ligne franco-britannique connu sous le nom de Concorde a effectué des vols commerciaux réguliers à travers l'océan Atlantique. En franchissant le mur du son, il a pu transporter des passagers de la côte Est des États-Unis à l'Europe en seulement trois heures et demie, au lieu des huit heures habituelles.

Ces vols, accompagnés de bang supersoniques, se sont toutefois avérés particulièrement impopulaires auprès des habitants situés sur leur trajectoire, ce qui a conduit à l’interruption du service en 2003.

Aux États-Unis, les vols supersoniques au-dessus des terres sont interdits par la Federal Aviation Administration , agence gouvernementale en charge de la navigation aérienne, depuis 1973. Il existe néanmoins des exceptions, notamment pour l'armée et les agences spatiales.