en 1826 sur le lac Léman, en Suisse, Jean-Daniel Colladon, physicien, et Charles-François Sturm, mathématicien, ont fait la première tentative enregistrée pour déterminer la vitesse du son dans l’eau. Dans leur expérience, la cloche sous-marine a été frappée simultanément avec l’allumage de la poudre à canon sur le premier bateau. Le son de la cloche et le flash de la poudre à canon ont été observés à 10 milles sur le deuxième bateau., Le temps entre le flash de poudre à canon et le son atteignant le deuxième bateau a été utilisé pour calculer la vitesse du son dans l’eau. Colladon et Sturm ont pu déterminer assez précisément la vitesse du son dans l’eau avec cette méthode. J. D. Colladon, Souvenirs et mémoires, Albert-Schuchardt, Genève, 1893.
Nous savons que le son voyage. Comment rapide est-il voyager? Le son parcourt environ 1500 mètres par seconde dans l’eau de mer. Cela représente environ 15 terrains de football de bout en bout en une seconde. Le son se déplace beaucoup plus lentement dans l’air, à environ 340 mètres par seconde, seulement 3 terrains de football par seconde.,
malheureusement, la réponse n’est vraiment pas si simple. La vitesse du son dans l’eau de mer n’est pas une valeur constante. Il varie d’une petite quantité (quelques pour cent) d’un endroit à l’autre, de saison en saison, du matin au soir et avec la profondeur de l’eau. Bien que les variations de la vitesse du son ne soient pas importantes, elles ont des effets importants sur la façon dont le son se déplace dans l’océan.
Qu’est-ce qui fait que la vitesse du son change? Il est affecté par les variables océanographiques de la température, de la salinité et de la pression., Nous pouvons examiner l’effet de chacune de ces variables sur la vitesse du son en nous concentrant sur un point de l’océan. Lorsque les océanographes examinent le changement d’une variable océanographique avec la profondeur de l’eau, ils l’appellent un profil. Nous examinerons ici le profil de température, le profil de salinité et le profil de pression. Semblable au profil de votre visage qui donne une vue latérale de votre visage, un profil océanographique vous donne une vue latérale de l’océan à cet endroit de haut en bas., Il examine comment cette caractéristique de l’océan change lorsque vous passez de la surface de la mer au fond marin. L’endroit que nous allons explorer est au milieu de l’océan profond.
Voici les profils de base pour un site en haute mer à peu près à mi-chemin entre l’équateur et le pôle Nord ou sud. Dans ces profils, la température diminue à mesure que l’eau devient plus profonde tandis que la salinité et la pression augmentent avec la profondeur de l’eau., Nous nous référons ici à la pression océanique due au poids de l’eau sus-jacente (pression d’équilibre), et non à la pression associée à une onde sonore, qui est beaucoup, beaucoup plus petite. En général, la température diminue généralement avec la profondeur, la salinité peut augmenter ou diminuer avec la profondeur, et la pression augmente toujours avec la profondeur.
profils de Profondeur de l’océan de la température, de la salinité et de la densité. Le droit d’auteur de l’Université de Rhode Island.,
à partir de ces profils, on peut voir que la température change beaucoup, passant de 20 degrés Celsius (°c) près de la surface dans les latitudes moyennes à 2 degrés Celsius (°c) près du fond de l’océan. D’autre part, la salinité ne change que d’une petite quantité, de 34 à 35 unités de salinité pratiques (PSU), environ 34 à 35 parties pour mille (ppt). Enfin, la pression augmente considérablement, de 0 en surface à 500 atmosphères (atm) en bas.,
La vitesse du son dans l’eau augmente avec la température de l’eau, l’augmentation de la salinité et de la pression (profondeur). Le changement approximatif de la vitesse du son avec un changement dans chaque propriété est:
température 1°C = 4.0 m/s
salinité 1psu = 1.4 m/s
profondeur (pression) 1km = 17 m/s
Voici un profil de vitesse du son typique pour l’océan profond et ouvert dans les latitudes moyennes.
Profil de vitesse du son dans l’eau. Notez la vitesse du son minimum à 1000 mètres. Le droit d’auteur de l’Université de Rhode Island.,
la réduction de La vitesse du son, près de la surface est due à la diminution de la température. La vitesse du son à la surface est rapide car la température est élevée du soleil réchauffant les couches supérieures de l’océan. À mesure que la profondeur augmente, la température devient de plus en plus froide jusqu’à atteindre une valeur presque constante. Puisque la température est maintenant constante, la pression de l’eau a le plus grand effet sur la vitesse du son. Parce que la pression augmente avec la profondeur, la vitesse du son augmente avec la profondeur., La salinité a un effet beaucoup plus faible sur la vitesse du son que la température ou la pression dans la plupart des endroits de l’océan. En effet, l’effet de la salinité sur la vitesse du son est faible et les changements de salinité en pleine mer sont faibles. Près du rivage et dans les estuaires, où la salinité varie considérablement, la salinité peut avoir un effet plus important sur la vitesse du son dans l’eau.
Il est important de comprendre que la façon dont le son se déplace dépend beaucoup des conditions de l’océan., La vitesse minimale du son à environ 1000 mètres de profondeur dans les latitudes moyennes crée un canal sonore qui permet au son de parcourir de longues distances dans l’océan. La section canal SOFAR fournit plus d’informations sur la manière dont la vitesse minimale du son focalise les ondes sonores dans le canal.
liens supplémentaires sur les DOSITS
- comment le son parcourt-il de longues distances? Le canal SOFAR