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ANNALE TERMINALE S PHYSIQUE/OBLIGATOIRE
1 yahya MOHAMED MAHAMOUD

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PARTIE I : PROPAGATION DES ONDES.
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Les ondes mécaniques progressives
Les ondes sont omniprésentes dans le monde qui nous entoure. Qu’elles soient sonores,
sismiques ou encore électromagnétiques, elles constituent un phénomène physique dont la
nature semble insaisissable. Une onde est capable de transporter des informations mais
comment peut-on la caractériser ? Quelles grandeurs physiques peut-on lui associer ?
1. Qu’est-ce qu’une onde mécanique progressive ? Quelles sont ses
propriétés ?
Toute variation d’une propriété mécanique en un point d’un milieu matériel est appelée
perturbation. Par exemple, lorsqu’on lance une pierre dans un plan d’eau parfaitement
calme, celle-ci crée à sa surface une perturbation qui modifie la position et la vitesse de
chaque molécule d’eau à son passage.
On appelle onde mécanique, le phénomène de propagation d’une perturbation dans un
milieu élastique sans transport de matière. Une onde mécanique est dite progressive si elle se
propage dans l’espace. La perturbation se transmet de proche en proche ; il y a transfert
d’énergie sans transport de matière. Par exemple, les ondes sonores sont des ondes
mécaniques progressives ; leur propagation engendre des zones de compression-dilatation qui
se transmettent de proche en proche.
Une onde se propage à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes.
Précisons que deux ondes peuvent se croiser sans se perturber.
Une onde qui se propage dans une seule direction (par exemple, une onde se propageant le
long d’une corde tendue) est qualifiée d’onde progressive à une dimension. Une onde qui se
propage dans deux directions (par exemple, une ride circulaire à la surface de l’eau) est
qualifiée d’onde progressive à deux dimensions. Une onde qui se propage dans trois
directions (par exemple, le son dans l’air) est qualifiée d’onde progressive à trois dimensions.
2. Comment différencier une onde longitudinale d’une onde transversale ?
Une onde mécanique est transversale lorsque la direction de la perturbation est
perpendiculaire à la direction de propagation.
Prenons l’exemple d’une ride qui se propage à la surface de l’eau pour atteindre une bille de
polystyrène. L’onde se propage horizontalement mais la bille se déplace verticalement au
passage de la perturbation. On qualifiera l’onde à la surface de l’eau d’onde transversale.
Une onde mécanique est longitudinale lorsque la perturbation se fait dans la même direction
que la propagation.
Par exemple, si l’on place une boule de polystyrène devant une source sonore, elle vibrera
dans la même direction que la direction de propagation de l’onde. On qualifiera l’onde sonore
d’onde longitudinale.

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3. Quels paramètres modifient la célérité d’une onde ?
La célérité d’une onde (ou vitesse de propagation) est une propriété du milieu. Elle est égale
au quotient de la distance d parcourue par l’onde, en mètres (m), par la durée Δt, en secondes
(s) : La célérité v est donc exprimée en mètres par seconde (m.s-1).
La célérité d’une onde diminue avec l’inertie du milieu. Par exemple, une ride se propage
plus rapidement à la surface de l’eau qu’à la surface du pétrole.
La célérité d’une onde augmente avec la rigidité du milieu. La célérité d’une onde sonore (à
0 °C) est de 330 m.s-1 dans l’air, 1,5 km.s-1 dans l’eau et 20 km.s-1 dans le diamant.
4. Comment calculer un retard ?
Dans un milieu non dispersif, la perturbation en un point M du milieu, à l’instant t, est celle
qu’avait la source S au temps t’ = t -  ; l’intervalle de temps  est nommé retard.
Le retard  en un point M varie avec la célérité v de l’onde et la distance d parcourue depuis la
source selon la relation :
À retenir
 Une onde mécanique se propage dans toutes les directions qui lui sont offertes en
transportant de l’énergie.
 Une onde est progressive à une dimension si elle se propage dans une seule
direction.
 La vitesse d’une onde est nommée célérité ; elle dépend de la nature du milieu de
propagation et est donnée par la relation :
 Le retard est le temps  mis par une perturbation pour aller de la source à un point
de l’espace, celui-ci se trouvant, à une date t, dans le même état vibratoire que la
source à la date t - .
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Les ondes mécaniques progressives
périodiques

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Parmi les ondes mécaniques progressives, certaines ont la particularité de propager une
perturbation qui se répète périodiquement dans le temps. C’est ce type d’onde que l’on
nomme onde mécanique progressive périodique. Les vagues qui déferlent sur la plage, le « la
» du diapason ou encore une corde mise en mouvement par un vibreur sont des exemples
d’ondes progressives périodiques.
1. Comment reconnaître une onde progressive périodique ?
Une onde progressive est périodique si la perturbation qu’elle propage se reproduit
identique à elle-même et de façon régulière dans le temps.
Par exemple, si l’on fixe l’extrémité d’une corde tendue à un vibreur animé d’un mouvement
périodique, la corde sera parcourue par une onde progressive périodique.
Les ondes progressives périodiques présentent une double périodicité : temporelle et spatiale.
2. Comment mesurer la période temporelle d’une onde périodique ?
La période temporelle T, en secondes (s), d’une onde progressive sinusoïdale est la durée
séparant deux perturbations identiques en un point donné.
Un stroboscope est un appareil qui émet des flashs lumineux à intervalles de temps réguliers.
Il permet de déterminer la période temporelle d’un mouvement périodique. Prenons l’exemple
d’une roue à rayons en rotation éclairée par un stroboscope ; lorsque la période des flashs
coïncide avec celle du mouvement de rotation, la roue paraît immobile.
La fréquence f d’un phénomène périodique est le nombre de fois où se répète ce phénomène
par seconde. La fréquence est donnée par l’inverse de la période : ; elle s’exprime en
hertz (Hz).
3. Comment déterminer la période spatiale d’une onde périodique ?
La période spatiale λ nommée longueur d’onde, représente la distance la plus courte
séparant deux points soumis simultanément à des perturbations identiques (en phase).
Prenons l’exemple de vagues s’échouant sur une plage. Dans cet exemple, la longueur d’onde
λ, en mètres (m), est mesurée entre deux crêtes de vagues à l’aide d’un décamètre. La période
temporelle T, en secondes (s), est mesurée entre l’échouage de deux vagues successives à
l’aide d’un chronomètre.
La longueur d’onde λ, en mètres (m), est liée à la période T par la relation λ = v.T, dans
laquelle v, en mètres par seconde (m.s-1), représente la célérité de l’onde.
4. Qu’est ce qu’un milieu dispersif ?
Un milieu est dispersif si, dans ce milieu, la célérité d’une onde dépend de sa fréquence.
Par exemple, l’eau est un milieu dispersif. Si un bateau passe à grande vitesse devant moi sur
une eau calme, il crée un ensemble d’ondes sous forme de vagues de différentes fréquences.
Les vagues les plus espacées me parviennent en premier ; ces vagues ont une longueur d’onde

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élevée et donc une faible fréquence. Ensuite arrivent les vagues plus rapprochées de longueur
d’onde plus petite et, par conséquent, de fréquence plus élevée.
5. Comment se produit le phénomène de diffraction ?
On nomme diffraction, le phénomène observé après le passage d’une onde dans une fente ou
un obstacle dont la dimension est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde.
L’exemple ci-dessous illustre le phénomène de diffraction à la surface de l’eau. Après le
passage d’une fente de dimension égale à sa longueur d’onde, l’onde plane se transforme en
onde circulaire.
La diffraction ne modifie ni la longueur d’onde, ni la fréquence d’une onde. C’est un
phénomène caractéristique des ondes périodiques.
À retenir
 Les ondes progressives périodiques présentent une périodicité spatiale et
temporelle.
 La longueur d’onde se calcule à partir de la relation :
 La fréquence est donnée par l’inverse de la période :
 Dans un milieu dispersif, la célérité d’une onde varie avec sa fréquence.
 Une onde périodique qui rencontre un obstacle ou une fente, de dimension
comparable à sa longueur d’onde, subit le phénomène de diffraction.
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Le modèle ondulatoire de la lumière
Lorsqu’un faisceau de lumière rencontre un obstacle de petite dimension, il subit le
phénomène de diffraction, comme les ondes mécaniques progressives. Cette observation a été
à l’origine de la découverte du caractère ondulatoire de la lumière. La lumière peut donc être
caractérisée comme toutes les ondes, par sa célérité, sa fréquence et sa longueur d’onde.
1. Quels sont les différents types de lumière ?
Une lumière monochromatique (radiation monochromatique) est constituée d’une onde de
fréquence bien définie.
Une lumière polychromatique est un mélange de rayonnements monochromatiques.