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Notes d’application

Intensité du champ ultrasonore après traversée d’une paroi

Lorsqu’un faisceau ultrasonore rencontre une paroi, une partie de son énergie est réfléchie et une autre partie est réfractée. L’intensité des deux faisceaux, réfléchi et réfracté, peut être calculée lorsque les deux paramètres suivants sont connus :

  • l’impédance acoustique du milieu
  • l’angle d’incidence
Réflexion et réfraction d’un faisceau ultrasonore à l’interface d’une paroi
Équations de l’intensité de réflexion et de réfraction ultrasonores

Les équations simples ci-dessous supposent une paroi ou une interface plane infinie. Bien entendu, ce n’est jamais réellement le cas. Néanmoins, ces trois équations sont très utiles car :

  • elles donnent une approximation de l’angle de réflexion totale ;
  • elles permettent de prévoir la quantité d’énergie ultrasonore qui pénètre dans le liquide ;
  • elles permettent de prévoir la quantité d’énergie qui tend à rester dans la paroi.

où :

Zi est l’impédance acoustique du milieu i, égale au produit de la vitesse du son par la masse volumique du milieu i ;

R est le rapport entre l’intensité réfléchie et l’intensité incidente ;

D est le rapport entre l’intensité réfractée et l’intensité incidente.

À partir de ces équations, il est possible de calculer la valeur de l’angle pour laquelle toutes les ondes ultrasonores seront réfléchies. En fixant la valeur de 90 degrés pour l’angle réfracté, on peut calculer la valeur de l’angle de réflexion totale. Par exemple :

  • pour l’aluminium, sa valeur est de 14 degrés ;
  • pour l’acier, sa valeur est de 15 degrés ;
  • pour le Plexiglas, sa valeur est de 33 degrés.

On peut également observer la très forte influence du matériau de la paroi lorsque l’angle d’incidence est différent de la perpendiculaire. Les deux exemples ci-dessous illustrent très bien cette influence.