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Effet Doppler

L’effet Doppler est une notion importante en acoustique mais aussi en optique. Pour le comprendre, on va se placer dans le cas des ondes sonores. Il existe un exemple très simple pour illustrer ce phénomène : considérons une voiture dont on fait fonctionner le klaxon régulièrement. Les ondes sonores (c’est-à-dire les sons) se propage à une vitesse vson. On place 2 détecteurs sonores (vert et bleu) devant et derrière elle.

Dans un premier temps, la voiture est à l’arrêt. Les ondes sonores sont émises dans toutes les directions. Les deux détecteurs reçoivent donc le même signal (mais pas obligatoirement en même temps). La fréquence du klaxon (aigue ou grave) est identique à l’émission et aux 2 réceptions.

Effet doppler

Les détecteurs reçoivent un signal d’une certaine fréquence.

Effet doppler

Maintenant, la voiture se déplace à vitesse constante vvoiture vers le détecteur bleu. Les ondes sonores se propagent alors à leur propre vitesse plus celle de la voiture.

  • Vers le détecteur bleu, le son se propage à la vitesse vson + vvoiture
  • Vers le détecteur vert, le son se propage à la vitesse vsonvvoiture

Effet doppler, compression de l'onde sonore lié au déplacement

On peut alors en déduire que les ondes arrivent « plus facilement » au détecteur bleu alors qu’elles « peinent » à atteindre le détecteur vert. La fréquence du signal reçu par le détecteur bleu est donc plus importante qu’à l’arrêt alors que celle reçue par le vert est plus faible.

Effet doppler, compression de l'onde

Concrètement, si la voiture se rapproche, le son est aigue alors que si elle s’éloigne, il est plus grave. C’est ça, l’effet Doppler.

Effet Doppler – Fizeau

Ce que nous venons de voir pour un son est également valable pour la lumière. Si une source de lumière se rapproche, la fréquence augmente donc la longueur d’onde diminue (on se décale vers le bleu). Si la source s’éloigne, la fréquence diminue donc la longueur d’onde augmente (on se décale vers le rouge). Cet effet Doppler appliqué à l’optique est appelé effet Doppler – Fizeau.

Red shift ou expansion de l’univers

En observant des objets astronomiques lointains (galaxies …), on recueille les spectres électromagnétiques. L’absorption ou l’émission spectrale est souvent bien connue : on reconnaît facilement les spectres des éléments chimiques (hydrogène, hélium, sodium …) qu’on a préalablement observés en laboratoire.

Si on remarque que les raies (d’absorption ou d’émission) sont décalées par rapport à leurs emplacements attendus, on peut en déduire que la source se déplace. Si le décalage observé est vers le bleu, la source se rapproche.

Décalage d'un spectre vers le rouge

Pour la plupart des galaxies, on observe un décalage vers le rouge : le Red shift. On interprète alors ce résultat par le fait que les galaxie s’éloignent les unes des autres. Par conséquent, on suppose que l’univers est en expansion. Imaginons les galaxies comme des points sur un ballon gonflable. En le gonflant, les points s’éloignent. L’univers est donc en expansion.

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