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Un simple Son peut-il réellement Casser du Verre ?

Si vous pensez à la Castafiore, le fameux personnage des aventures de Tintin, dont la voix suraiguë et tonitruante brise le verre dans Les biioux de la Castafiore, la réponse est non, tout simplement parce que la voix humaine est loin d'être assez puissante. Cela dit, un son peut bel et bien briser du verre, à condition d'être émis assez fort et surtout à une fréquence bien particulière.

En effet, l'onde sonore se manifeste par une variation plus ou moins rapide de la pression du fluide dans lequel elle se propage. Arrivées sur le verre, les oscillations de l'air vont se transmettre au matériau sous forme de contraintes mécaniques. Or, comme n'importe quel objet, le verre possède une fréquence fondamentale, liée à sa composition et à sa forme. Les contraintes mécaniques seront particulièrement amplifiées lorsqu'elles correspondent à cette fréquence fondamentale. C'est le principe de résonance.

La fréquence propre d'un verre à boire, par exemple, est la note qui résonne lorsqu'on le fait tinter. Elle lui est intrinsèque, et indépendante du mode d'excitation. Si l'on reproduit cette note précise grâce à des haut-parleurs, la vibration sera amplifiée par le matériau, un peu comme le mouvement d'une balançoire s'amplifie quand on la pousse au bon rythme. Si le son est assez puissant, la vibration du verre devient telle qu'il finit par se briser. Par exemple, la fréquence propre des carreaux des fenêtres est aux alentours de 100Hz, alors que celle des verres à boire est plus aiguë ; : environ 420Hz. Ainsi, après une explosion aussi dévastatrice que celle de l'usine AZF à Toulouse en 2001, de nombreuses vitres peuvent être soufflées, tandis que les verres de table restent intacts ! Le verre n'est donc pas si fragile qu'il y para$it et il doit cette solidité à la force des liaisons chimiques entre les atomes de silicium et d'oxygène qui le composent. Par ailleurs, contrairement aux atomes d'un cristal qui s'organisent en couches, ceux d'un verre se placent de manière aléatoire : c'est un matériau dit amorphe, au sein duquel la propagation d'une fissure est limitée. Au point qu'une fissure ne peut s'y former que dans les défauts de fabrication du verre, invisibles à l'œil nu mais synonymes de fragilité. De plus, lors de la résonance, l'onde qui se propage dans le matériau s'accompagne de contraintes mécaniques non homogènes : à certains endroits, l'intensité sera nulle, comme si le verre n'était soumis à aucune onde. À l'inverse, d'autres points vibreront fortement, ce sont les ventres de vibration. Ce n'est que lorsqu'un ventre de vibration se produit à l'emplacement d'un défaut dans la structure que peut se former une brèche. La Castafiore peut continuer de rire à pleine voix de se voir "Si belle en son miroir"...

B.R. - SCIENCE & VIE > Mars > 2008

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