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Pourquoi entend-on mal sous l’eau ?

Comme beaucoup de plongeurs certainement, un jour j’ai eu à me poser la question « Pourquoi est-ce qu’on entend mal sous l’eau ? ». Comme beaucoup j’avais remis l’explication à plus tard. Mon travail de formateur en techniques industrielles m’a fait revenir en mémoire il y a peu mes anciens questionnements. J’ai finalement trouvé intéressant de faire une proposition d’explication à travers ce nouvel article que je vais essayer de rendre aussi clair que possible.

Le son c’est quoi ?

Un son est une vibration qui se propage de proche en proche dans un milieu « élastique », solide ou non. Les sons peuvent donc se propager aussi bien dans l’air, dans l’eau ou dans un corps plus solide comme l’acier par exemple. Cette onde a besoin d’un support pour se propager, ce qui explique qu’il n’y a aucun son dans l’espace puisque le vide ne peut pas le transmettre par « manque de matière support ».

Comment définit-on un son ?

On caractérise un son à partir de 3 critères techniques qui sont, sa fréquence, son intensité, son timbre.

La Fréquence.


La fréquence de l’onde sonore se définit par le nombre de cycles alternatifs par seconde.

Le son étant une onde, il possède donc une fréquence. Plus cette fréquence est rapide, plus le son est aïgu, vous aurez compris que plus la fréquence est faible, plus le son est grave. Nos oreilles ne sont pas capables d’entendre tous les sons. En général on admet que nous sommes capables d’entendre seulement des sons de fréquences comprises entre 15 et 20000 Hertz (20 kilohertz).

Certains animaux ont une oreille plus fine que la notre, ils peuvent entendre des sons beaucoup plus aïgus jusqu’à environ 40000 Hertz (les chats ou les chiens par exemple).

L’intensité d’un son, notion de bruits.

On peut facilement quantifier un son par son intensité. Cette mesure s’effectue en décibel (dB). Elle nous permet de donner une échelle de tolérance à la douleur. En effet, un son de plus de 80 dB devient un bruit fort, il est dangereux pour l’acuité auditive de nos oreilles, à 130 dB le son devient tellement fort qu’il en est très douloureux voire insupportable. Une exposition prolongée nous rendra probablement sujet à un traumatisme de l’oreille jusqu’à éventuellement devenir sourds.

Le timbre d’un son.

Dans le milieu musical on préfère quand on parle d’un son, évoquer plutôt son timbre.

En fait, les sons qui nous parviennent sont des assemblages de multiples fréquences. Les musiciens parlent d’harmoniques. Le timbre est une association d’harmoniques que le musicien tente de rendre parfaite en combinant différentes notes.

Le son sous l’eau.

Une vitesse de propagation différente que dans l’air.

Dans l’air un son circule avec une vitesse de propagation voisine de 340 m/s. Cette vitesse peut très légèrement varier en fonction de la densité de l’air et de sa température. Dans l’eau la vitesse de propagation est beaucoup plus rapide. Elle est proche de 1500 m/s. Dans d’autres milieux tels que les métaux, le son peut se propager à des vitesses bien supérieures jusqu’à plus de 5000 m/s.

Comment le cerveau localise-t-il un son dans l’air ?

Prenons un son provenant de la droite. Il est comme une vague qui passe devant un bateau. L’onde sonore va venir frapper le tympan de l’oreille droite. puis une fraction de seconde plus tard c’est le tympan de l’oreille gauche qui sera bousculé par l’onde. En fonction du temps entre les deux contacts le cerveau est capable de dire avec une précision de l’ordre de 10° d’où provenait le son. Mais les oreilles ne sont pas les seuls capteurs dont dispose le cerveau, l’ensemble du corps et les os en particulier lui servent à la géolocalisation.

Quelle différence avec le milieu aquatique ?

Dans l’eau, le son se propage donc 4 fois plus vite. Le cerveau se trouve perturbé par cette anomalie. Mais ce n’est pas le problème majeur qu’il rencontre. En effet dans l’eau l’oreille voit son impédance modifiée. Aie aie aie, dire que j’avais dit que j’allais faire simple !!!

L’impédance traduit le rapport entre la pression qui s’exerce et la vitesse de propagation du son dans le milieu donné. Nos tympans et les osselets de notre oreille jouent le rôle d’adaptateur et de transmetteurs avec le moins de pertes possibles jusqu’à la cochlée (le milieu aqueux dans lequel se trouvent les capteurs audios de nos oreilles.


L’oreille est un outils de transmission des ondes assez complexe.

Lorsque notre oreille est sous l’eau le son arrive donc dans un milieu aquatique. Pour atteindre les capteurs de l’audition, après le tympan, le son va devoir traverser une phase gazeuse (en lien avec les sinus) puis à nouveau une phase liquide dans la région de la cochlée. Cela se traduit par un affaiblissement notoire du son.

Cependant, notre corps étant essentiellement composé d’eau et se trouvant immergé il va transmettre très bien les ondes sonores qui vont trouver une raisonnance particulière dans les os du crane. Au final, on ressent assez bien le son plutôt qu’on l’entend. Cependant, on a la désagréable impression qu’il arrive de partout à la fois. On va donc « entendre » les sons et les bruits mais sans réelle possibilité de les localiser, c’est flagrant avec le bruit des bulles, sauf évidemment si la source se trouve à proximité immédiate.

Conclusion.

Cet article est sans doute un peu trop long mais la chose n’était pas si facile que ça a expliquer à moins de faire tellement vague qu’il n’aurait servi à rien. J’espère qu’il vous aura apporté quelques éléments de réflexion. Il y aurait tellement plus à dire: par exemple comment les lobes des oreilles amène le son jusqu’au tympans, ou encore comment on peut écouter de la musique sous l’eau. Mais tout cela serait bien trop compliqué.

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Bonnes bulles estivales à tout le monde.

Les grandeurs photométriques de base.

Terminologies en photo.

Beaucoup de plongeurs qui débutent en photo sous-marine peuvent se sentir perdus dans une espèce de jungle des terminologies, un peu spécifiques il est vrai, des documents propres aux appareils photo ou aux instruments d’éclairage artificiels comme les lampes ou les flashs.

J’ai déjà évoqué dans plusieurs articles comment la lumière est absorbée par l’eau et les particules sous-marines, en décrivant les principes de la température de couleur ou bien encore en expliquant comment l’homme et les poissons voient les couleurs. Je vous recommande de découvrir ces articles si ce n’est déjà fait. Aujourd’hui, je ne vais pas revenir sur ces explications mais nous allons parler un peu plus technique.

Je vous propose donc de faire un point des différents termes que l’on rencontre assez souvent finalement sans vraiment les comprendre. Voyons donc de quoi il s’agit.

Le flux lumineux.

La sensation de lumière est quelque chose de très subjectif. Notre système de perception limite la lumière visible dans une frange très courte du spectre lumineux fourni par notre étoile le soleil.

En effet nous ne pouvons percevoir que des longueurs d’ondes comprises entre 350 et 750 nanomètres (nm). La sensibilité de notre vision se situant la nuit aux environs de 500 nm et 580 nm le jour.

Le flux lumineux, le lumen.

Le flux lumineux (symbole Φ, Phi ) décrit la quantité de lumière émise par une source lumineuse. Pour quantifier ce flux on utilise le lumen (symbole lm).

Si on prend la définition de Wikipedia, 1 lumen correspond au flux lumineux émis dans un angle solide de 1 stéradian par une source lumineuse isotrope (ponctuelle uniforme) située au sommet de l’angle solide et dont l’intensité lumineuse vaut 1 candela. Aie aie aie !! Ne partez pas tout de suite !! on va essayer de faire plus simple.

A une approximation près, le stéradian est l’angle d’ouverture d’un cône de longueur 1 mètre qui définit à cette extrémité un cercle de surface 1 mètre carré. Ouff on y voit plus clair. On conçoit tout de suite que plus on dispose de lumens et plus le flux lumineux sera intense et donc la cible plus éclairée. Par conséquent, à flux lumineux constant, plus l’angle d’un faisceau lumineux sera grand, et moins on disposera de puissance lumineuse utile.

Il est parfois plus intéressant de parler d’efficacité lumineuse car on fait alors apparaitre le rapport entre le flux lumineux et la puissance électrique exprimée en watt qu’il faudra fournir pour le créer.

Côté pratique il faut donc retenir que le flux annoncé en lumens par les fabriquants de lampes par exemple doit être rapporté à l’angle d’éclairement pour se donner une idée de la puissance réelle du matériel.

L’intensité lumineuse, la candela.

L’intensité lumineuse (symbole cd)décrit la quantité de lumière émise dans une direction donnée. Elle est dépendante en grande partie des éléments de guidage du flux lumineux comme les réflecteurs par exemple ou la qualité de transparence d’une vitre.

L’intensité lumineuse se définit en Candela (cd). La candela est par définition le flux lumineux d’1 lumen qui passe à travers un angle de 1 stéradian. Pas très intéressant tout ça, voyons plutôt ce qu’est l’éclairement.

L’éclairement, le lux.

L’éclairement décrit la densité du flux lumineux sur une surface donnée. Il sera intéressant de se rappeler qu’il diminue avec le carré de la distance qui sépare la source lumineuse de la zone éclairée.

L’éclairement (symbole E) se mesure en lux (symbole lx). 1 lux est donc le flux lumineux de 1 lumen qui éclaire une surface S de 1 m². par conséquent on aura donc E = Φ/S. Tout ça nous rappelle simplement qu’à flux lumineux constant, plus une surface à éclairer est importante et moins on aura un éclairement efficace.

Sous l’eau, même en eau limpide, on comprendra aisémant qu’il faudra disposer d’une source de lumière puissante, donc avec beaucoup de lumens, pour éclairer des surfaces comme des pans de murs ou le plafond d’une grotte. Si en plongée de nuit des lampes moyennement puissantes feront l’affaire, en plein jour elle ne serviront quasiment à rien sauf si leur faisceau est très étroit.

La luminance.

La Luminance (symbole L) est en fait une grandeur photométrique subjectiveperçue par l’oeil humain. Elle définit la sensation de luminosité sur une surface. La luminance dépend donc fortement de l’indice de réflexion de l’objet éclairé (l’état de sa surface ainsi que sa couleur).

Par définition la luminance est le rapport entre l’intensité lumineuse et la surface éclairée, on aura donc L = cd/S. Une unité de mesure finalement peu utile pour nous plongeurs.

Critères de choix de l’éclairage en plongée.

Torches et lampes.

A une époque où l’efficacité des batteries n’était pas vraiment très importante, on parlait plus souvent de la puissance d’une lampe ou d’une torche en se référant à une puissance électrique consommée, par exemple un phare de 50 w. Aujourd’hui, la technologie des accumulateurs électrique a bien évolué et on parlera plus de lumens que de watts.

Si le lumen est une unité de mesure de mieux en mieux comprise, il faudra regarder d’autres critères techniques pour faire un bon choix technologique. Un évantail en fait assez réduit s’offre au plongeur. Les fabriquants proposent des sources lumineuses à base de source Halogène, HID ou LED. Pour choisir il faut regarder les caractéristique de chaque technologie. A mon avis, la plus fiable est la technologie des LED (diode électroluminescente).

Les LED présentent une température de couleur élevée, un rendement important, sont moins sensibles aux chocs mécaniques et présentent un encombrement réduit ainsi qu’une grande durée de vie. Quant au budget, là on voit de tout. Il vaudra mieux consulter différents forums pour se faire une opinion avant de faire un choix spécifique.

Les flashs.

Je connais assez peu la technologie des flashs car je n’en utilise pas du fait que je destine mon matériel plus à la vidéo qu’à la photo. L’élément essentiel qui me semble intéressant de savoir est que le flash produit une intensité lumineuse beaucoup plus importante que celles des lampes et des phares. Pour tenir compte de ce fait il vaudra mieux les associer par deux plutôt que de chercher à tout faire avec simplement un diffuseur pour casser les ombres crues.

Conclusion.

J’espère que ce petit topo vous aura éclairé un peu sur des terminologies un peu barbares parfois.

Si cet article vous a intéressé, n’hésitez pas à en faire la promotion ainsi que celle de mon blog de plongée.

A très bientôt pour d’autres articles et bonnes plongées si vous avez la chance de mettre prochainement la tête sous l’eau.