Glossaire

longueur d'onde

On peut appeler une "onde" tout phénomène physique qui, dans l'espace, affecte un milieu continu à une, deux ou trois dimensions en se propageant au sein de ce milieu : tel est le cas d'une vague, ou d'une suite de vagues, se mettant à parcourir la surface d'un plan d'eau auparavant calme (il s'agit alors d'une onde transversale, car les éléments de la surface du plan d'eau se meuvent dans une direction perpendiculaire à celle de la propagation de l'onde, de même par exemple que les éléments d'une corde que l'on se met à faire vibrer) ; tel est aussi le cas d'un son qui est émis dans le fluide atmosphérique (il s'agit alors d'une onde longitudinale, car les éléments des volumes d'air successivement traversés oscillent dans la même direction que celle de propagation de l'onde acoustique). Notons que dans les exemples précédents, les milieux de propagation présentés sont une surface — celle du plan d'eau — , une courbe — la corde — et l'espace lui-même — l'atmosphère — et ont donc respectivement deux, une et trois dimensions ; d'autre part, la ou les grandeurs "témoins" de la propagation d'une onde ne sont pas obligatoirement, loin de là, des écarts de longueur : ainsi, dans une plaque de métal horizontale que l'on chauffe par le bas, la grandeur établissant l'existence de l'onde et déterminant sa propagation sera la température à chaque instant en chaque point de la plaque. Quoi qu'il en soit, le début du passage d'une onde est marqué par une première surface de modification discontinue des propriétés du milieu (ou une courbe, ou un point, si le milieu est à deux ou une dimensions) que l'on appelle le front d'onde ; si la "perturbation" ainsi créée éprouve ensuite un arrêt — ce qui ne survient pas forcément, l'onde pouvant être durable — , la fin du passage de l'onde en dessinera de même le "front arrière". Des considérations simples permettent de préciser quelque peu les notions intuitives de "rayon de propagation", de "vitesse de propagation", de "source de l'onde" et de " surface d'onde ".

Dans de très nombreux cas d'études physiques, la grandeur G choisie pour caractériser la perturbation au lieu même de la source de l'onde prend avec le temps t des valeurs G ( t ) qui redeviennent identiques chaque fois que s'écoule un intervalle de temps constant T : ce nombre T , mesurable par exemple en secondes, est tel que G ( t + T ) = G ( t ), et c'est le plus petit nombre positif qui vérifie cette propriété de la grandeur G , qualifiée dès lors de "périodique de période T en t " ; le nombre f de périodes par unité de temps, appelé la "fréquence" de G , est l'inverse de la période et s'exprime par exemple en s - 1 ou hertz (abr. : Hz), d'après le nom du physicien allemand Heinrich Hertz (1857-1894). De plus, parmi les cas précédents, nombreux sont ceux où l'onde "apporte" à tout point M du milieu où elle se propage, à un instant t , exactement la même perturbation que celle qu'elle a fait subir, à un instant antérieur t 0 , au point M 0 de la source situé sur le même rayon que M, la durée t - t 0 étant l'intervalle de temps nécessaire pour que la perturbation se propage de M 0 à M : si le point M est à une distance L de la source, on a donc t - t 0 = L / u , où u désigne la vitesse de propagation, et la perturbation que M subit à l'instant t — une fois passé le front d'onde — égale G ( t - L / u ) ; en particulier, si deux points M et M' sont situés respectivement à des distances L et L' de la source, et si L' - L est égal à u T , G prendra à tout instant t la même valeur en M et en M', puisque t - L / u et t - L' / u diffèrent alors d'une période. Ce nombre λ = u T , encore égal à u / f et mesurable par exemple en mètres, est appelé la longueur d'onde de l'onde périodique associée à G ; c'est la plus petite distance possible entre deux surfaces d'onde dont les points, sur un même rayon, subissent à chaque instant des perturbations identiques : ainsi, à la surface d'un train de vagues "parfaites", les points espacés d'une longueur d'onde dans le sens de la propagation — et en particulier les crêtes — se retrouvent de vague en vague à la même hauteur.