De tout temps, l’Homme agit sur son milieu pour le construire, le modifier ou le détruire. Il arrive parfois que ces changements soient involontaires, à cause notamment de la résistance limitée des matériaux. En effet, tout composant peut subir des déformations influencées ou non par l’action humaine. Ce fut le cas en 1850 avec la catastrophe du pont de la Basse-Chaîne à Angers : celui-ci s’est écroulé suite au pas cadencé d’un régiment de soldats. Leur rythme régulier a fait entrer l’ouvrage d’art en vibration puis en résonance causant ainsi son effondrement. Cet événement tragique s’explique par le fait que les militaires avaient exactement la même fréquence naturelle que le pont, c’est-à-dire la fréquence qui permet à un système donné d’osciller, entraînant même sa rupture en cas d’exposition prolongée.
Il s’agit là d’un exemple précis mais de nombreuses matières réagissent de la même façon à ce phénomène, comme le verre qui est sensible aux déformations. Qui ne s’est jamais demandé comment la célèbre Castafiore des albums de Tintin arrivait-t-elle à briser un verre en cristal à la seule force de sa voix ? Cette énigme populaire peut s’expliquer par la vibration et la résonance que subit ce matériau lorsqu’il est soumis à sa propre fréquence. Les scientifiques s’accordent sur le fait qu’il soit théoriquement possible de briser un verre avec sa voix mais la mise en pratique s’avère plus complexe car un grand nombre de paramètres doivent se combiner. Au travers de ce T.P.E., nous tenterons donc d’éclaircir ce phénomène en s’interrogeant sur la question suivante : dans quelle mesure pouvons-nous affirmer qu’il est difficile de briser un verre en cristal avec sa voix ? Pour y répondre, nous étudierons le comportement d’un verre en cristal face aux ondes sonores et plus particulièrement face à la voix humaine. Ce sujet s’inscrit dans le troisième thème du bulletin officiel, qui aborde les notions de matière, de forme et notamment du son et de son action sur les solides. Nous ferons appel à des connaissances de physique-chimie et des sciences et vie de la terre pour traiter ce problème. Dans un premier temps, il s’agira d’analyser les contraintes sonores auxquelles le verre doit être soumis. Nous verrons ainsi l’importance d’un milieu élastique, d’un son pur, puis la notion de fréquence de résonance et enfin qu’une puissance élevée est nécessaire. Dans une deuxième partie, les paramètres vocaux indispensables à la réussite de notre expérience seront expliqués. Nous présenterons les différents organes à l’origine du son qui pourrait briser le verre ainsi que leurs limites. Parallèlement, nous analyserons la manière dont il est possible d’optimiser ces contraintes physiologiques. Enfin, la dernière partie portera sur le verre en cristal, matériau fragile qui résiste quand même aux contraintes. Nous nous intéresserons au rôle du matériau, de son épaisseur et de sa forme puis aux déformations qui entraînent sa rupture soudaine suite à l’entrée en vibration. Par le biais de notre expérience finale, nous mettrons en évidence l’ensemble des paramètres analysés. |