Chap 12 Ondes et imagerie médicale I. Ondes sonores et

Chap 12 Ondes et imagerie médicale
I. Ondes sonores et électromagnétiques
a. Définition générale
On appelle le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu
matériel sans transport de matière.
Exemple :
Au passage de l’onde, le bateau s’élève puis revient à sa position initiale.
b. Ondes sonores
Dans le cas des ondes sonores, la perturbation est une suite de compressions
et de dilatations de l’air qui se propage de la source (un haut parleur par exemple) vers le récepteur (l’oreille par
exemple).
1. Définition:
Une onde sonore est un phénomène périodique qui se propage par une suite de compressions et de dilatations
du milieu de propagation.
Une onde sonore périodique peut être produite par exemple par:
( un haut parleur.
( la voix
( un instrument de musique.
2. Remarque: Une onde sonore nécessite un milieu matériel pour se propager: l’air, un métal, l’eau …
3. Période et fréquence
A chaque onde sonore correspondent une fréquence f et une période de vibration T du milieu matériel.
La fréquence de vibration de l’onde sonore (du milieu matériel) est identique à celle de la source.
Dans le cas du haut parleur, la fréquence de vibration de l’onde sonore est identique à la fréquence de la tension
appliquée aux bornes du haut parleur. Plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu.
4. Domaine de fréquences:
(
0 Hz <f 520Hz
domaine des infrasons (inaudibles pour l’oreille humaine).
(
20Hz<f 5 20kHz domaine des sons audibles par l’homme.
(
f > 20kHz
domaine des ultrasons (inaudibles pour l’oreille humaine).
c. Ondes électromagnétiques
Une onde électromagnétique correspond à la propagation simultanée d’un champ électrique et magnétique. Une
onde électromagnétique peut se propager dans le vide ou à travers la matière.
Remarque: Contrairement aux ondes sonores une onde électromagnétique n’a pas besoin de matière pour se
déplacer. On distingue plusieurs types d’ondes électromagnétiques en fonction de leur domaine de fréquence:
L’œil humain peut percevoir uniquement les ondes électromagnétiques lumineuses.
d. Vitesse de propagation d’une onde lumineuse et sonore
Définition: On appelle vitesse moyenne d’un objet le quotient de la distance d parcourue (par cet
objet) par la durée <t du parcours
v= d / t
Vitesse de la lumière: Dans le vide ou dans l’air, la vitesse de propagation de la lumière (aussi appelée célérité
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de la lumière) vaut : c = 3,0× 10 m/s
Vitesse du son : Une valeur approchée de la vitesse de propagation du son dans l’air à la
température de 25°C et à la pression de 1 bar est: vson = 340 m/s.
II. Ondes et imageries médicales
a. Utilisation des ondes
Les ondes sont utilisées pour visualiser l’intérieur du corps humain.
Lorsqu’elles se propagent dans un milieu matériel, les ondes interagissent avec celui-ci et sont plus ou moins
atténuées. Cette atténuation appelée absorption dépend du milieu de
propagation et de la fréquence de l’onde.
Elle est utilisée pour explorer la matière et permet d’obtenir des
images du corps humain (radiographie à l’aide de
ayons X par exemple).
Pour l’échographie on utilise des ultrasons, pour construire l’image du fœtus dans le ventre de la mère. Ce sont
les phénomènes de réflexion et de réfraction des ultrasons à travers les tissus humains qui sont utilisés pour
construire l’image du fœtus.
b. Réfraction des ondes
Dans le vide et dans les milieux homogènes et transparents la lumière se propage en ligne droite.
Définition: On appelle réfraction de la lumière, le changement de direction que la lumière subit
lorsqu’elle traverse la surface, appelé dioptre, séparant deux milieux transparents différents.
Un rayon lumineux change de direction lorsqu’il passe d’un
milieu transparent dans un autre
Une paille placée dans l’eau parait cassée
à cause du phénomène de réfraction.
c. Réflexion des ondes
Lorsqu’il arrive à la surface d’un miroir, un faisceau de lumière est renvoyé dans une seule direction. Ce
phénomène est appelé réflexion.
Une surface d’eau se comporte comme un miroir et modifie le trajet des rayons de la lumière.
d. Cas particulier: réfraction limite - réflexion totale
Dans le cas de la réfraction de la lumière, deux cas peuvent se produire:
1. L’angle d’incidence est supérieur à l’angle de réfraction
Pour i variant de 0 à 90°, r est toujours inférieur à 90° (car r<i ) et le rayon réfracté
existe toujours.
2. L’angle d’incidence est inférieur à l’angle de réfraction
Pour i variant de 0 à 90°, il existe une valeur de i pour laquelle r=90° (car r>i ).
Si on augmente à nouveau i, le rayon réfracté n’existe plus. Il y a réflexion totale.
La fibroscopie et l’endoscopie sont des techniques d’exploration médicales qui utilisent des fibres optiques. Le
fonctionnement des fibres optiques est basé sur la réflexion totale.