Source en mouvement : la sirène qui change de son

Une ambulance approche : sa sirène est aiguë. Elle s'éloigne : le son devient plus grave. Pourtant, la sirène émet toujours la même note. Ce changement apparent de fréquence dû au mouvement est l'effet Doppler, décrit par Christian Doppler en 1842.

L'explication tient dans la géométrie des fronts d'onde. Une source immobile émet des ondes concentriques régulières. Mais si la source avance, chaque nouveau front est émis un peu plus loin, dans la direction du mouvement : les fronts se tassent devant, et s'étirent derrière.

   source immobile          source qui avance ->
      ( ( • ) )                ((( • )    )     )
   fronts reguliers         devant: serres   derriere: espaces
   meme frequence partout   -> son aigu      -> son grave

Devant la source, les fronts serrés arrivent plus rapprochés dans le temps : la fréquence perçue augmente, le son est plus aigu. Derrière, les fronts espacés arrivent moins souvent : la fréquence diminue, le son est plus grave. Au moment précis où l'ambulance passe à ta hauteur, tu entends la bascule de l'aigu vers le grave.

Le même raisonnement vaut si c'est l'observateur qui bouge : en allant vers la source, il rencontre les fronts plus vite (fréquence plus haute) ; en s'en éloignant, plus lentement (fréquence plus basse). Ce qui compte, c'est le mouvement relatif entre la source et l'observateur. L'effet est d'autant plus marqué que la vitesse est grande devant celle de l'onde.