Qu'est-ce donc que cet effet Doppler ? Il fut nommé d'après celui qui l'a présenté et détaillé en premier, Christian Doppler. Vous connaissez tous cet effet acoustique, qui se manifeste par exemple au passage d'une ambulance : la sirène paraît plus aigüe lorsqu'elle arrive vers vous que quand elle s'éloigne.

Pour expliquer ce phénomène, il faut comprendre que le son est en réalité une onde. Ainsi, la hauteur du son est directement reliée à la longueur d'onde (i.e. à la fréquence de l'onde). Ainsi un \(La 3\) (au milieu de la portée en clé de sol) est à 440 Hz – actuellement. De même, un son plus aigu aura une fréquence plus élevée (une longueur d'onde plus faible) ; et un son plus grave une fréquence moins élevée (une longueur d'onde plus grande).

Revenons à notre ambulance en simplifiant le problème : considérons qu'elle émet un son continu non modulé : un \(La 3\) par exemple.
Trois possibilités s'offrent à nous :

  • l'ambulance est à l'arrêt
  • l'ambulance avance vers nous
  • l'ambulance s'éloigne de nous

Dans le premier cas, on perçoit normalement le son : un \(La 3\) non modulé.

effet Doppler

Dans le second cas, le déplacement de l'ambulance vers nous réduit la longueur d'onde(1) émise par le haut-parleur (partie droite de l'image). Ainsi, le son nous paraît plus aigu.

Le phénomène inverse se produit dans le troisième cas : la longueur d'onde est agrandie(2) (partie gauche de l'image) et le son paraît plus grave à nos oreilles.

On peut visualiser ce phénomène avec les ondes à la surface de l'eau.
Lorsque l'on jette un caillou dans l'eau, des ondes concentriques se créent à la surface. Les creux et les bosses sont espacés régulièrement selon une certaine longueur d'onde.
Un canard nageant dans l'eau crée le même type d'ondes que le caillou. En revanche, on peut voir que les bosses et les creux devant lui sont beaucoup plus resserrés que ceux qui se trouvent dans le sillage qu'il laisse derrière. La longueur d'onde à l'avant est plus faible que celle à l'arrière du canard, c'est une nouvelle fois la faute à l'effet Doppler.

Cet effet Doppler a plusieurs applications : il sert par exemple à calculer la vitesse d'une voiture pour mettre des contraventions, à connaître la vitesse des objets célestes dans l'univers, à réaliser des examens médicaux…

  1. (1) ↑ Pour les scientifiques, la longueur d'onde perçue \(\lambda' = \lambda + vT\) avec \(\lambda\) la longueur d'onde initiale de l'onde, \(T\) sa période et \(v\) la vitesse de l'ambulance.
  2. (2) ↑ Dans ce cas \(\lambda' = \lambda - vT\)