Ondes et diagnostic médical

Dans le cas d’une onde se propageant à la surface de l’eau, la perturbation affecte de proche en proche les différents points de la surface, on dit que la surface de l’eau est un milieu de propagation. Les rides circulaires ne perturbent que temporairement cette surface. Très vite, celle-ci redevient immobile. Une onde est la propagation d’un changement d’une propriété d’un milieu (hauteur d’eau dans le cas des rides circulaires, pression de l’air dans le cas du son, contraction des spires d’un ressort) L’onde ne transporte pas la matière mais de l’énergie. I.2) Définition : Une onde mécanique est le phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière. L’exemple ci-contre illustre ces propriétés. Au passage de l’onde, le bateau s’élève d’une hauteur H et voit donc son énergie augmenter. Cette énergie lui a été fournie par l’onde, mais le bateau est resté à la même abscisse: il n’y a pas de transport de matière. I.3) Deux types d’ondes : I.3.1) Onde transversale : Une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s’effectue perpendiculairement à la direction de propagation. Exemple : La perturbation (déformation de la corde) engendrée (provoquée) sur la corde se propage de proche en proche dans la direction horizontale alors que les points de la corde se déplacent verticalement (d’abord de bas en haut puis de haut en bas). Remarque : La corde est le milieu de propagation et elle ne se déplace pas dans son ensemble.

Il n’y a pas de transport de matière. Chaque point reproduit, à son tour, le mouvement du point précédent. On notera qu’il est nécessaire que le milieu de propagation présente une certaine élasticité.La période temporelle, appelée simplement période, T d’une onde périodique et progressive est le temps minimum nécessaire pour que l’onde retrouve sa configuration initiale en un point donné ou le temps qu’il faut à un profil pour défiler devant un point donné. La période s’exprime en seconde.Lorsqu’une onde voyageant dans un milieu rencontre un nouveau milieu différent, il se produit deux situations à l’interface de séparation entre les deux milieux : 1) Transmission : l’onde va continuer son déplacement dans le nouveau milieu, sa fréquence ne change pas, sa longueur d’onde et sa vitesse changent. 2) Réflexion : l’onde change de direction et continue son déplacement dans son milieu d’origine. II.2) Mesure de distance : Dans le cas de l’onde réfléchie par une paroi (exemple de l’écho), le temps « t » que met l’onde pour faire l’aller-retour permet de déterminer la distance « d » à laquelle se trouve la paroi. II.3) Application médicale : l’échographie : L’échographie est une technique d’imagerie du corps basée sur les ultrasons. Un émetteur envoie un faisceau d’ultrasons dans la zone du corps à explorer. Selon la nature des tissus, ces ondes sonores sont réfléchies avec plus ou moins de puissance. Le traitement de ces échos permet une visualisation des organes observés.

Remarque : Les os renvoient une grande partie de l’énergie reçue, alors que certains tissus ne produisent pas d’écho. Plus la réflexion est importante, plus le point considéré sera clair, cette image en nuance de gris fait ressortir les diverses parties du corps II.4) Application des ondes ultrasons : sonar : Celui-ci fonctionne sur un système de réflexion d’ondes sonores. Il existe deux types d’écoutes : 1) Ecoute active : Le sous-marin émet une impulsion sonore. Celle-ci se propage dans l’eau jusqu’à rencontrer un obstacle. Elle est alors réfléchie. Connaissant la vitesse d’une onde sonore dans l’eau, on peut ainsi en déduire la distance de l’objet. La distance d’où vient l’écho permet de déterminer la position de l’objet. Il faut savoir que l’écoute active n’est jamais utilisée par les sous-marins actuels. En effet l’émission d’une impulsion sonore trahit leur position. 2) Ecoute passive : Le sonar ne fait qu’écouter et n’émet aucune onde sonore. La détermination d’une solution de tir se trouve plus difficile à réaliser, mais le sous-marin reste ainsi plus discret. II.5) Autres exemples : Sonar des chauve-souris Radar de recul III) Ondes électromagnétiques : III.1) Définition : La lumière visible, les ultraviolets, les infrarouges, les rayons X et les rayons gamma sont des ondes électromagnétiques (association de l’onde du champ électrique et de l’onde du champ magnétique se propagent perpendiculairement entre elles et à la direction de propagation). Elles peuvent se propager dans un milieu matériel (verre, le plastique, etc.) ou dans le vide. Une onde électromagnétique est caractérisée par sa fréquence qui est notée  « Nu » (pour ces ondes). Une onde électromagnétique de fréquence  peut être décrite par un ensemble de corpuscules appelés photons. Chaque photon transporte une énergie « E ».