À quelle vitesse va la vitesse du son ?

Le son est une onde de pression qui avance en poussant des molécules d'air les unes contre les autres, et sa vitesse dépend de la rapidité avec laquelle ces molécules se déplacent, c'est-à-dire de la température. Dans un gaz idéal, la formule est simple : la vitesse du son est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue. À 20 °C, elle est de 343 m/s ; à 0 °C, 331 m/s ; à 30 °C, 349 m/s. La pression et l'altitude en elles-mêmes ne la modifient pas : si un air raréfié transmet le son plus lentement, c'est seulement parce qu'il est généralement plus froid.

Dans l'atmosphère standard utilisée par l'aviation, la température baisse de 6,5 °C par 1 000 m jusqu'à la tropopause, vers 11 000 m, où elle se stabilise à −56,5 °C. Là, la vitesse du son chute à environ 295 m/s, 1 062 km/h (573 kt). C'est pourquoi un avion qui vole à 900 km/h à cette altitude est à Mach 0,85, alors que la même vitesse au niveau de la mer serait Mach 0,73.

Dans l'eau, le son se déplace à environ 1 480 m/s, plus de quatre fois plus vite que dans l'air, parce que le liquide est bien moins compressible. Dans l'acier, il atteint environ 5 900 m/s. Dans l'hélium, un gaz très léger, il approche les 1 000 m/s, d'où l'effet de voix aiguë quand on l'inhale : la gorge ne change pas, ce sont les résonances qui changent. Dans le vide, il n'y a pas de son, car il n'y a rien à pousser.

La vitesse du son définit le nombre de Mach, le rapport entre la vitesse de l'avion et celle du son dans ce même air. Un avion de ligne croise à Mach 0,78-0,85 et ne peut guère se rapprocher de Mach 1, car sur l'aile, l'air accélère et atteint une vitesse supersonique locale avant l'avion lui-même, formant des ondes de choc qui font grimper la traînée. Les pilotes surveillent le Mach maximal opérationnel (MMO) au même titre que la vitesse indiquée. Pour un chasseur, en revanche, dépasser Mach 1 est routinier, et le Concorde croisait à Mach 2, environ 2 150 km/h à 17 000 m, soit plus du double des 295 m/s du son à cette température. Le chiffre de 1 235 km/h qui figure dans les livres ne vaut donc que pour une journée tempérée au niveau de la mer.