Ultrason

Un ultrason est une onde vibratoire, tout comme le son, mais à une fréquence trop élevée pour être perçue par l’oreille humaine. En effet, l’oreille humaine ne perçoit que les sons dont la fréquence est comprise entre 16 et 20 khz (kilohertz). En dessous, on parle d’infrasons, et au-dessus de 20 khz, d’ultrasons. Si notre oreille ne peut distinguer ces ultrasons, on en connait l’existence depuis le XIXe siècle grâce au savant Francis Galton, et les militaires y ont eu recours dès la première guerre mondiale pour repérer les sous-marins ennemis à l’aide d’un sonar.

Ultrasons et animaux

Si l’oreille humaine ne peut distinguer les ultrasons, de nombreux animaux les entendent. C’est le cas par exemple des chiens ou des dauphins. Certains animaux émettent même ces hautes fréquences et les utilisent pour communiquer et se repérer dans l’espace. Ainsi les chauves-souris, les baleines et les souris ont recours aux ultrasons au quotidien. Il existe d’ailleurs des émetteurs d’ultrasons qui agissent comme des répulsifs contre les espèces d’animaux considérées comme nuisibles. On trouve ainsi des appareils qui produisent des ultrasons pour éloigner les insectes (fourmis, cafards, moustiques etc.), les chats, les rongeurs… Ces émetteurs sont utilisés en intérieur, au jardin (pour éloigner les taupes, les souris ou les lapins), pour préserver le compartiment moteur des véhicules ou encore pour protéger certains bâtiments des dégradations causées par les oiseaux et notamment les pigeons.

La production des ultrasons

Afin d’utiliser les ultrasons, différents émetteurs sont utilisés pour produire les hautes fréquences. Tous les appareils reposent sur le même principe : transformer l’énergie électrique en énergie mécanique.

• Les générateurs piézoélectriques : Des lamelles de quartz sont collées entre deux disques d'acier reliés à un courant alternatif. Ce courant va déformer les lamelles et produire des vibrations d’une fréquence identique à la tension appliquée.
• Les générateurs magnétostrictifs : Les dimensions des corps ferromagnétiques varient en présence d’un champ magnétique. C’est ce qu’on appelle la magnétostriction. La contraction occasionnée produit une vibration à haute fréquence pouvant atteindre 50 khz.
• Les émetteurs électrostrictifs : Ils utilisent quant à eux le phénomène d’électrostriction, c’est-à-dire la variation des dimensions de certaines céramiques en présence d’un champ électrique variable. Ces variations produisent des vibrations à haute fréquence, et donc des ultrasons.

Les ultrasons peuvent être détectés et mesurés par ces mêmes appareils, qui deviennent alors des récepteurs d’ultrasons. On mesure dans ce cas la tension électrique engendrée par les vibrations mécaniques ultra sonores.

Les propriétés des ultrasons

Si les ultrasons connaissent une grande variété de domaines d’application, c’est grâce à la versatilité de leurs propriétés : ils se propagent à la fois dans l’air, dans les gaz et les liquides. Les variations de fréquence et de pression entrainent divers effets selon le milieu de propagation : changement d'indice de réfraction, luminescence, cavitation ultrasonore, désagrégation de matière, stoppage des fermentations, dépolymérisation et fragmentation des molécules… Si tous ces termes paraissent obscurs, ils expliquent néanmoins les usages que l’on peut faire des ultrasons dans de nombreux domaine : industrie, santé, chimie, médecine etc. Découvrez nos produits

Les différentes applications des ultrasons

L’ultrason est un outil très fréquemment utilisé, que ce soit dans le domaine technique, médical, industriel, militaire, météorologique…

• Ultrason et détection d’obstacle

En émettant des ondes à haute fréquence et en mesurant le temps séparant l'émission des ultrasons et la réception de leur écho après réflexion sur un obstacle, on peut détecter les corps présents dans l’environnement. Largement utilisée en détection sous-marine, que ce soit pour localiser des sous-marins ennemis ou des icebergs, cette technique utilise des appareils appelés sonar.

• Applications industrielles des ultrasons

Les sons à haute fréquence sont utilisés en mécanique lors de l’usinage, du perçage et de la soudure de certaines pièces. Les ultrasons sont aussi très utiles pour explorer la surface des matériaux, détecter des défauts d’usinage invisibles (à l’intérieur d’une pièce par exemple) et mesurer ou vérifier l’épaisseur des matériaux. On utilise aussi les ondes à hautes fréquences pour le traitement de pièces pour l’aéronautique ou la mécanique, et pour le nettoyage d’instruments de précision dans les domaines de la bijouterie ou de l’horlogerie. L’industrie agro-alimentaire a aussi parfois recours à la technologie ultrason pour le nettoyage de matériel.

• Applications médicales des ultrasons

Les ultrasons sont la base même de l’échographie : ils permettent d’explorer de façon non invasive, via une sonde posée sur la peau, les organes mous de l’anatomie humaine. L’échographie est un outil de diagnostic très courant, utilisé sur différentes parties du corps (appareil urinaire, gynécologique, articulations etc.) et qui permet de repérer des anomalies et lésions tels que les kystes, calculs ou fibromes. L’échographie est une technologie d’imagerie très utile aux médecins et chercheurs pour établir un diagnostic, mais aussi pour produire des images de référence. Autre technique médicale utilisant les ultrasons, le doppler, qui permet d’observer la circulation artérielle et veineuse. Mais les applications médicales des ultrasons à haute fréquence ne s’arrêtent pas au diagnostic de santé. La technologie ultrason est aussi utilisée pour le traitement de diverses affections. Les ultrasons peuvent ainsi détruire des tissus indésirables (adénofibromes ou tumeurs par exemple) ou encore fragmenter des calculs urinaires de façon non invasive via la technique de lithotripsie, pour faciliter leur élimination. On recourt aussi aux ondes à hautes fréquences dans un but thérapeutique en kinésithérapie, pour réduire certaines inflammations locales des muscles, ligaments ou tendons. Un générateur d’ultrasons est alors utilisé pour améliorer la circulation et diminuer les douleurs via la chaleur produite. Enfin, les ultrasons servent au nettoyage de certains dispositifs médicaux par le biais d’un bain à ultrason : les microbulles qui se forment dans la solution de nettoyage désincrustent la saleté. Néanmoins ce nettoyage ne dispense pas de stériliser le matériel spécifique lorsque c’est nécessaire.

Ultrasons et mesure du vent

Les sons à haute fréquence sont aussi utilisés en météorologie, et notamment pour mesurer la direction et la force du vent. Les anémomètres, appareils de mesure qui équipent les stations météos et complètent thermomètre, pluviomètre et autre girouette, sont ainsi dotés de transducteurs à ultrasons. Un signal ultrason est envoyé selon des axes nord-sud et ouest-est, et la vitesse et l’orientation de réception du signal retour détermine la vitesse et la direction du souffle du vent.

Autres applications des ultrasons

Mais ces applications ne sont pas les seules, et les ondes ultrasons sont des solutions dans de nombreux autres domaines : on s’en sert pour la prospection de gisements de minéraux, pour réaliser des émulsions stables en biologie ou dans le domaine de la photographie, pour créer des hologrammes… Certains produits incluent même la technologie par ultra-sons pour faciliter la mobilité des personnes mal ou non voyantes : la détection d’obstacle déclenche des sons qui renseignent le porteur sur son environnement.