Voici le son sous-marin le plus puissant jamais créé

Il atteint 270 décibels et est plus fort qu’une fusée au décollage. Ce bruit très fort a été obtenu au Centre d’accélération linéaire de Slac où les scientifiques ont frappé de très fins jets d’eau avec des impulsions de rayons X. Une véritable « bombe sonore »

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(photo : PM Images via Getty Images)

Aujourd’hui est un jour record : les chercheurs ont produit le son le plus fort jamais produit sous l’eau. On parle d’environ 270 décibels, au-dessus de la limite sonore sous-marine jamais atteinte, une valeur qui dépasse de loin celle d’un marteau pneumatique à une distance d’un mètre (environ 110 décibels) et aussi celle d’une fusée au décollage (environ 180 décibels). Pour obtenir ce bruit fort, les scientifiques ont dû réaliser une expérience complexe en frappant de très fins jets d’eau avec des impulsions radiologiques.

Des scientifiques du Slac National Accelerator Laboratory de Stanford, aux États-Unis, qui ont utilisé le laser Linac Coherent Light Source de Slac, ont participé à la recherche. Les résultats sont publiés dans Physical Review Fluids.

Les auteurs ont étudié la génération et la diffusion des ondes ultrasonores produites dans l’eau par les impulsions laser des rayons X. Dans la pratique, ils ont utilisé des micro jets d’eau, ou très petits jets, d’un diamètre compris entre 14 et 30 micromètres (millièmes de millimètre). Et ils font éclater ces micro-jets en les soumettant à des rayons X : lorsqu’une impulsion de ce genre frappe l’eau, elle s’évapore et une onde de choc se produit. Puis, lorsque cette onde se déplace dans le liquide, elle crée des copies d’elle-même : à ce stade, nous n’avons plus une seule onde sonore mais un groupe d’ondes, ce que les scientifiques appellent un train d’ondes, où alternent les régions où la pression est plus élevée et celles où la pression est moins forte.

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Dans l’image, après avoir éclaté de minces jets d’eau avec des impulsions de rayons X, les chercheurs ont observé le mouvement des trains d’ondes (groupes d’ondes sonores réunis) à droite et à gauche qui s’éloignent de la région remplie de microbulles. (photo : Claudiu Stan/Rutgers University Newark).

Le son produit par ces trains d’ondes est très fort, supérieur à 270 décibels et, du moins en théorie, est le plus puissant qui puisse être obtenu sous l’eau. En général, il suffit de penser que le niveau de bruit dans une discothèque ou lors d’un concert rock est d’environ 100 décibels, celui d’une tronçonneuse à un mètre à 110, un missile au décollage environ 180 et dans une tornade nous sommes en théorie environ 250 décibels. Bref, les ondes sonores sous l’eau ont produit un bruit qui rivalise avec ce qu’on entendrait dans une tornade.

Lorsque l’intensité du son sous l’eau dépasse un certain seuil, l’eau cède – elle se brise et s’effondre – et se transforme en petites bulles remplies de vapeur, qui s’effondrent immédiatement, phénomène que la physique appelle cavitation. Avec les différences nécessaires, ce processus rappelle ce qui se passe lors de l’ébullition, où se forment des bulles de vapeur qui explosent et produisent un bruit typique.

Une meilleure compréhension du fonctionnement de ces trains d’ondes peut avoir des implications pratiques importantes, comme l’expliquent les auteurs de l’étude. Par exemple, la pression des vagues peut endommager les matériaux structurés dans les jets d’eau lors des expériences de cristallographie aux rayons X. Pour cette raison, des études comme celle d’aujourd’hui pourraient fournir des techniques utiles en biologie et en sciences des matériaux, ce qui pourrait mener à la mise au point de médicaments plus efficaces et de matériaux plus efficients.

Pour réaliser cette expérience, les chercheurs ont utilisé le très puissant laser Lcls Linac Coherent Light Source, qui utilise les rayons X pour prendre des instantanés d’atomes et de molécules et qui permet aujourd’hui d’étudier la puissance du bruit sous-marin. Le laser envoie environ 120 impulsions de rayons X par seconde, chacune d’une durée d’un millionième d’un milliardième de milliardième de seconde (femtosecondes).

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