Mur du son : vitesse à 1 225 km/h, bruit et mythes expliqués

Chaque génération d’amateurs d’aviation a grandi avec cette image : un avion de chasse traversant un nuage blanc, un boum violent, et l’idée qu’un mur invisible sépare deux mondes. Le mur du son intrigue, mais derrière le mot spectaculaire se cache un phénomène physique précis. Le 30 septembre 2020, un Rafale franchissait ce prétendu mur au-dessus de l’Île-de-France, rappelant que ce passage n’est pas qu’une anecdote historique. Décryptage de ce qui se cache vraiment derrière cette expression.

Vitesse au niveau de la mer : 1 225 km/h · Correspond à : Mach 1 · Effet sonore : Boom sonique · Vitesse en m/s : 340 m/s · Zone critique : Transsonique (Mach 0,8-1,2)

C’est quoi le mur du son ?

Derrière l’expression dramatique se cache un concept historique forgé par W. F. Hilton, un ingénieur britannique, dans les années 1940. Le mur du son désigne les difficultés scientifiques et techniques rencontrées par les aviateurs lors de l’approche de Mach 1, soit la vitesse à laquelle un avion se déplace aussi vite que le son qu’il produit (Wikipédia).

Origine du terme

Lors de l’approche de la vitesse du son, les aviateurs de la Seconde Guerre mondiale ont remarqué des phénomènes d’instabilité et un « durcissement » des commandes de l’avion. Avec l’augmentation de la vitesse, la compression de l’air formait des ondes de choc qui martelaient littéralement la structure de l’appareil (Musée Delta).

À l’approche de la vitesse du son, on observe une augmentation du coefficient de traînée et une réduction du coefficient de portance. S’ajoutent un déplacement brutal du centre de poussée vers l’arrière, un échauffement et une dilatation de la structure. Sur les premiers appareils supersoniques, ces phénomènes transsoniques obligeaient même à inverser les commandes (Musée Delta).

Zone transsonique

La zone transsonique s’étend de Mach 0,8 à Mach 1,2. Lorsque l’avion atteint Mach 1, on entre dans le régime supersonique caractérisé par une onde de choc attachée à l’avant de la carlingue. L’onde de choc dégénère progressivement pour devenir une simple onde sonore de forme conique appelée onde de Mach (Wikipédia).

Quelle est la vitesse du mur du son ?

Mach 1 correspond à environ 1 225 km/h au niveau de la mer dans des conditions standards (15 °C). Cette valeur représente la vitesse à laquelle un objet se déplace aussi vite que les ondes sonores qu’il génère (Vol Avion Chasse).

En km/h et m/s

La conversion est directe : 340 m/s × 3,6 = 1 224 km/h, valeur arrondie à 1 225 km/h. La vitesse du son est d’environ 340 mètres par seconde (m/s) au niveau de la mer à 15 °C, ce qui correspond à environ 1 225 km/h (Wikipédia).

Variation avec l’altitude

La vitesse du son diminue avec l’altitude car l’air se refroidit. Au niveau de la mer, elle atteint environ 1 225 km/h. À 11 000 m d’altitude (altitude de croissière typique des avions de ligne), elle chute à environ 1 060 km/h (Vol Avion Chasse).

Ces chiffres montrent que la vitesse du son n’est pas une constante universelle : elle varie selon les conditions atmosphériques, notamment la température.

Pourquoi ça fait boum quand on passe le mur du son ?

Le bruit caractéristique du mur du son s’appelle le bang supersonique, aussi désigné boom sonique. Ce phénomène résulte de la concentration des ondes de pression en un cône lorsque l’appareil dépasse la vitesse du son. En dessous de Mach 1, l’avion pousse l’air devant lui. Au-dessus de Mach 1, l’air n’a plus le temps de s’écarter : les ondes s’accumulent et fusionnent en une onde de choc unique (Wikipédia).

Formation des ondes de choc

Les sautes de pression lors du passage du mur du son peuvent dépasser les 500 Pa et se propagent à environ 350 m/s. Ces variations brutales de pression, de masse volumique et de température de l’air créent une onde de choc caractéristique (Pilote-Virtuel.com).

Boom sonique

Le premier bang entendu au sol provient des ailes de l’avion ; le second est dû aux ailerons présents sur la queue de l’appareil. Le bruit du bang supersonique persiste pendant tout le trajet de l’avion s’il vole plus vite que la vitesse du son, et pas seulement au moment du franchissement. L’avion traîne le son qu’il émet derrière lui, ce qui explique pourquoi on ne l’entend pas venir (Espace Sciences).

Un phénomène visible accompagne parfois le passage : la vapeur d’eau présente dans l’air se condense brutalement lors du passage à Mach 1, formant un nuage conique collé à l’avion (Guichet du Savoir).

Pourquoi les avions ne peuvent-ils pas franchir le mur du son ?

Les chasseurs modernes comme le Rafale (qui peut atteindre Mach 1,8) franchissent régulièrement le mur du son. Cependant, deux types d’obstacles limitent cette pratique pour les appareils civils et les vols au-dessus des zones habitées.

Interdictions réglementaires

Le bang supersonique étant particulièrement puissant au sol, son survol est interdit au-dessus des zones peuplées. Seuls les chasseurs en mission peuvent légalement franchir le mur du son en zone non habitée ou en cas d’urgence opérationnelle (Numerama).

Problèmes techniques historiques

Pendant des décennies, la traversée de la zone transsoniqueposait des défis majeurs aux ingénieurs. La montée brutale de la traînée, les vibrations structurelles et le comportement imprévisible des commandes ont coûté la vie à de nombreux pilotes avant que les technologies supersoniques ne maturent.

Que ressentent les pilotes lors du franchissement du mur du son ?

Contrairement à l’image spectaculaire du cinéma, le franchissement de Mach 1 ne ressemble ni à une explosion ni à un crash évité de justesse. Le pilote d’un avion de chasse supersonique ne ressent généralement pas de transition soudaine lors du franchissement de Mach 1 (Vol Avion Chasse).

Mythes et réalité

Le bang supersonique est un phénomène sonore qui ne se perçoit pas dans le cockpit du pilote. Le pilote ne peut pas entendre le passage du mur du son car l’avion se déplace plus vite que le son qu’il produit (Numerama).

Pas de ressenti audible à bord

La transition de subsonique à supersonique est si progressive que le pilote ne perçoit souvent aucun changement notable. Le mur du son n’est pas un mur du tout : c’est une zone de transition fluide. Le seul « bang » perceptible l’est au sol, pas dans le cockpit.

Cela dit, les forces physiques restent importantes : à Mach 1 en virage à 5 G, le pilote subit une poussée équivalente à cinq fois son poids, comprimant le thorax et réduisant le flux sanguin vers le cerveau. Des combinaisons anti-G et des techniques respiratoires spécifiques sont nécessaires pour éviter la perte de connaissance (G-LOC) lors de manœuvres à haute vitesse (Vol Avion Chasse).

Chuck Yeager a été le premier à franchir officiellement le mur du son en octobre 1947 à bord du Bell X-1 en Californie.

— Espace Sciences

Hans Guido Mutke affirme avoir été le premier à passer le mur du son lors d’un piqué à 12 000 mètres avec son Messerschmitt Me 262.

— Wikipédia

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Questions fréquentes