Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

    

Jusqu'à quelle distance pouvons-nous voir ?

 

 

Les molécules de gaz et les particules atmosphériques sont plus petites que la longueur d'onde de la lumière visible. Quand la lumière frappe une molécule de gaz, la molécule absorbe et diffuse la lumière dans une direction différente. C'est pour cette raison qu'on peut voir la nuit la faisceau d'une lampe de poche ou les lasers d'une discothèque, même si nous ne sommes pas dans le trajet lumineux.
Les couleurs qui composent la lumière réagissent différemment. Cette diffusion, nommée diffusion de Rayleigh, est plus efficace lorsque les longueurs d'ondes sont courtes (couleur bleue). C'est pour cela que le ciel nous apparaît bleu.

Si la visibilité est réduite, c'est parce que les particules de l'air entre l'observateur et ce qu'il regarde absorbent ou diffusent la lumière du soleil. La diffusion de la lumière par les particules est la principale cause de la baisse de visibilité; mais la lumière peut aussi être absorbée par les constituants de l'atmosphère: par exemple, le carbone-suie, ou le NO2 sont particulièrement efficaces pour absorber la lumière.

La concentration de particules est très faible : on voit jusqu'à environ 250 km Ici la visibilité est inférieure à 70 km, à cause de la pollution.
Source : Parc National du Glacier, état du Montana (USA)

Si l'atmosphère ne contenait pas du tout de particules, la visibilité serait de 300 km au niveau de la mer. En haut du Mont Blanc, on pourrait même voir jusqu'à 500 km! 

La taille, la concentration et la nature chimique des particules influent sur la visibilité. Ce sont les plus petites particules (et particulièrement celles entre 0,1 et 1 µm) qui réduisent le plus la visibilité. Ces petites particules sont souvent d'origine humaine. A Los Angeles, la visibilité peut passer de presque 90 km les jours clairs à  8 km lors de certains épisodes de pollution.


Brouillard matinal sur le GGB (Golden Gate Bridge), à San Francisco (source : WikiCommons)

L'humidité de l'air peut aussi majorer les effets négatifs de la pollution sur la visibilité: les plus petites particules, de part les composés solubles qu'elles contiennent parfois, peuvent grossir jusqu'à atteindre 7 fois leur taille sèche. Ceci augmente considérablement la diffusion de la lumière et diminue encore la visibilité.

L'augmentation des fines particules dans l'atmosphère cause donc une réduction de la visibilité, qui est considérée comme un indicateur de bonne ou mauvaise qualité de l'air. La perception qu'ont les gens d'une mauvaise visibilité est variable suivant les environnements considérés: on accepte moins facilement que la visibilité soit dégradée dans un environnement sauvage que dans une zone urbaine. Lors d'une étude sur la visibilité dans une ville, les gens interrogés ont déclaré que la visibilité était acceptable lorsqu'on pouvait voir jusqu'à 50 km.

 

A quelle distance pouvons-nous écouter ?

Le bruit le plus violent de l'histoire a été enregistré sur l'île de Krakatoa le 26 août 1883 lors de l'explosion de son volcan. Le bruit a été entendu à 5000 km à la ronde.

Notre environnement quotidien est souvent très bruyant sans que l’on s’en rendre toujours compte. Bien que certains bruits nous soient familiers, il est très difficile d’évaluer leur niveau sonore et la façon dont ils interfèrent dans notre vie.

La pression sonore s'exprime en pascal. L’oreille humaine perçoit des sons à partir de 20 micro pascals (seuil d’audibilité) et jusqu’à 20 pascals (seuil de la douleur). Cette unité est peu pratique, c’est pourquoi les acousticiens ont défini une nouvelle unité : le décibel (dB), qui permet de comprimer cette gamme entre 0 (seuil d’audibilité) et 130 (seuil de la douleur). Le décibel représente la plus petite variation de l’air d’intensité sonore perceptible par l’oreille humaine. 

Le décibel est également utilisé pour caractériser les performances acoustiques des produits et des ouvrages de bâtiment, comme par exemple l’indice d’affaiblissement acoustique d’un produit ou bien l’isolement acoustique entre logements. Plus la valeur de ces caractéristiques, exprimée en dB, est grande, meilleure est la performance.

L’échelle du bruit s’étend de 0 dB (seuil d’audibilité) à 130 dB (seuil de la douleur). La plupart des sons de la vie courante sont compris entre 30 et 90 décibels. On trouve des niveaux supérieurs à 90 dB essentiellement dans la vie professionnelle (industrie, armée, artisanat…) et dans certaines activités de loisirs (chasse, musique, sports mécaniques). Les discothèques et salles de concert ont, quant à elles, un niveau sonore maximal autorisé de 105 dB. Certaines sources (avions, fusées, canons) émettent des niveaux supérieurs à 130 dB et pouvant aller jusqu’à  200 dB.

Quelques exemples de sources de bruits :
        - 30 dB : conversation à voix basse
        - 40 dB : réfrigérateur
        - 50 dB : pluie
        - 55 dB : lave-linge
        - 60 dB : conversation normale
        - 65 dB : téléviseur
        - 70 dB : sonnerie de téléphone
        - 75 dB : aspirateur
        - 80 dB : automobile
        - 85 dB : aboiement
        - 90 dB : tondeuse à gazon
        - 95 dB : klaxon
        - 100 dB : chaîne hi-fi
        - 105 dB : concert, discothèque
        - 130 dB : course automobile
        - 140 dB : avion au décollage
        - 185 dB : Ariane V au décollage

Les décibels sont des logarithmes, on ne peut donc pas les additionner ou les soustraire comme des nombres décimaux. Pour rester simple, sachez que…
        - si le niveau du bruit double, cela correspond à l’émission de 3 dB de plus.
        - s’il diminue de moitié, son niveau aura 3 dB de moins.


Pour aller (un peu) plus loin

La puissance sonore d'un émetteur s'exprime en watts (W) ; elle croît avec l'amplitude de la vibration.
L'intensité sonore (symbole : I) s'exprime en watts par mètre-carré ; elle est d'autant plus grande que la surface est faible (cas du tympan).

Au seuil d'audibilité, I = Io = 1012 W/m² ; au seuil de douleur, I = Imax = 1 W/m².
L'intensité sonore

Le niveau sonore (symbole : L pour Level) s'exprime en Bels, en Phones ou en Bels Acoustiques (B(A)). Il est défini à partir de la loi de Fechner : « La sensation, liée au niveau sonore (L) perçu, varie comme le logarithme décimal de l'excitation du tympan liée à l'intensité sonore ( I ) reçue ».

Si le nombre de sources est multiplié par 10, la puissance sonore émise est multipliée par 10, et le niveau sonore en un point augmente de 10 décibels.
Si le nombre de sources est multiplié par 2, la puissance sonore émise double, et le niveau sonore en un point augmente de 3 décibels.
Deux sons présentent une différence de niveau sonore de
DL =10 décibels lorsque le rapport  de leur intensité est égal à 10.

DLdB est une unité de comparaison relative de deux sons. On vérifie que chaque fois que le niveau sonore augmente de trois décibels, l'intensité sonore est multipliée par deux :

si  I2 = 2 x I1     alors    L2 =  L1 + 3 dB. 

Echelle absolue de niveau sonore : On fixe arbitrairement le point de référence fixe, de niveau sonore Lo  = 0, correspondant au seuil minimal d'un son audible à 1000 Hz, d'intensité : Io = 1012 W/m², ceci afin de définir une échelle absolue de niveau sonore.

Ce diagramme est composé de courbes d'isotonie. Il permet de définir : l'aire d'audibilité, le seuil d'audition, le seuil de douleur
Le seuil d'audition est fixé arbitrairement à  0 dB, lorsque la fréquence est 1000 Hz.
L'oreille n'ayant pas la même sensibilité aux différentes fréquences, on définit le phone :  le phone est l'intensité d'un son quelconque qui a le même effet 
physiologique qu'un son de fréquence 1000 Hz.

Exemple : Pour un son de fréquence 1000 Hz,  20 dB à 20 phones.
                 Pour un son de fréquence 200 Hz, on lit sur le diagramme : 70 dB à 60 phones