Qui a découvert la vitesse du son ?

L'idée que le son met du temps à arriver est ancienne : quiconque observe un éclair lointain tomber peut le confirmer. Mais lui donner un chiffre nécessitait des instruments qui n'existaient pas avant le XVIIe siècle. Marin Mersenne, frère minime et correspondant de la moitié de l'Europe scientifique, publia vers 1636 une valeur obtenue en mesurant le délai entre l'éclair et la détonation d'une arme à feu à une distance connue ; Pierre Gassendi fit de même et constata également que les sons graves et aigus arrivaient en même temps, ce qui écartait une vieille croyance aristotélicienne. Les valeurs des deux hommes se situaient autour de 450 m/s, un tiers au-dessus du chiffre réel, car les pendules et les horloges de l'époque étaient grossières et le vent n'était pas corrigé.

L'Accademia del Cimento de Florence, avec Borelli et Viviani, répéta l'expérience dans les années 1660 avec un meilleur chronométrage et obtint des chiffres proches de 350 m/s. L'étape décisive fut franchie par le révérend William Derham, qui entre 1704 et 1708 observa des coups de canon tirés à plusieurs kilomètres depuis la tour de l'église d'Upminster, fit la moyenne de nombreuses mesures dans différentes conditions de vent et publia en 1709 une valeur qui, convertie, équivaut à environ 348 m/s : pratiquement le chiffre actuel pour l'air par une journée tempérée. Derham fut aussi le premier à documenter systématiquement que la vitesse ne dépendait pas de l'intensité du son ni de sa direction, mais dépendait bien du vent.

Isaac Newton, dans les Principia de 1687, fut le premier à dériver la vitesse du son des propriétés de l'air et obtint environ 298 m/s, 15 % en dessous de la valeur mesurée. L'écart resta un mystère pendant plus d'un siècle, jusqu'à ce que Pierre-Simon Laplace, en 1816, souligne que les compressions de l'onde se produisent si vite que l'air n'a pas le temps d'échanger de la chaleur : le processus est adiabatique, et non isotherme, et le résultat de Newton doit être multiplié par la racine carrée du rapport des chaleurs spécifiques. Avec cette correction, la formule correspondait aux expériences, et c'est celle qu'utilisent aujourd'hui les calculateurs de données aérodynamiques de n'importe quel avion à réaction.

Ernst Mach photographia les ondes de choc de projectiles supersoniques dans les années 1880, et c'est de lui que vient le nom du rapport entre la vitesse d'un objet et celle du son. Lorsque le Bell X-1, piloté par Chuck Yeager, dépassa Mach 1 en 1947, le chiffre qu'il franchissait portait trois siècles de mesures derrière lui : des éclairs de tir de Mersenne aux sondes de température qui calculent aujourd'hui la vitesse locale du son plusieurs fois par seconde.