Pourquoi le mur du son existe-t-il ?

L'air n'est pas un mur solide face à un aéronef ; il s'écarte parce que la perturbation de pression générée par le nez qui approche l'atteint d'abord et le met en mouvement. Cette perturbation voyage exactement à la vitesse du son, puisqu'une onde sonore et un signal de pression sont la même chose. Tant que l'aéronef est plus lent que le son, le signal le précède, l'air commence à se dévier avant même que l'aéronef n'arrive, et le flux se courbe en douceur autour des ailes et du fuselage. Lorsque l'aéronef accélère, le signal a de moins en moins d'avance. À la vitesse du son, il n'en a plus aucune : l'aéronef arrive au même instant que sa propre onde de pression, et l'air ne reçoit aucun avertissement.

L'air qui ne peut pas s'écarter à l'avance se comprime presque instantanément dans une couche très fine, une onde de choc, à travers laquelle la pression, la densité et la température changent brusquement. Créer ce saut nécessite de l'énergie provenant de l'aéronef, et cela se traduit par une augmentation soudaine de la traînée aérodynamique, souvent plusieurs fois supérieure à la valeur subsonique dans la plage transsonique, entre Mach 0,8 et 1,2. Les ondes de choc se forment d'abord sur la surface courbe supérieure de l'aile, où l'air est accéléré jusqu'à une vitesse supersonique locale alors que l'aéronef lui-même reste subsonique. Derrière l'onde de choc, le flux d'air tend à se séparer de la surface, produisant de fortes vibrations et une perte de portance. La barrière n'est donc pas une vitesse exacte ; c'est une plage de vitesses dans laquelle le comportement de l'air change de nature.

Le nom date de la Seconde Guerre mondiale, lorsque des chasseurs à hélice rapides en piqués prononcés atteignaient environ Mach 0,8 et rencontraient des effets pour lesquels personne ne les avait conçus. Les ondes de choc sur l'aile déplaçaient le centre de portance vers l'arrière, inclinant le nez encore plus vers le bas dans le piqué, une tendance appelée Mach tuck. Les gouvernes articulées, situées dans l'air perturbé derrière une onde de choc, perdaient leur efficacité, si bien que tirer sur le manche ne servait à rien, et plusieurs appareils se sont brisés ou se sont écrasés au sol. Les hélices aggravaient les choses, car leurs extrémités devenaient supersoniques avant l'aéronef lui-même et perdaient de la poussée. Les ingénieurs connaissaient la physique des balles et des obus d'artillerie, qui traversent habituellement cette région, mais il a fallu des moteurs à réaction et des moteurs-fusées, des ailes fines et un stabilisateur horizontal entièrement mobile pour donner à un aéronef piloté la poussée et le contrôle nécessaires pour faire de même. Une fois ces outils disponibles, la barrière est restée réelle sous forme d'augmentation de traînée et de bang supersonique, mais elle a cessé d'être une limite.