Comment les ondes sonores réagissent-elles aux interfaces ?
Il existe des limites à la propagation du son à la jonction entre deux milieux dont les propriétés élastiques sont différentes. Si une onde sonore, dont le front d'onde est une surface plane, heurte une interface entre deux milieux considérés comme infinis, une partie est réfléchie sous la forme d'une onde plane et une partie traverse l'interface (fig. 28). Le rapport entre la pression acoustique de l'onde réfléchie pr et la pression de l'onde incidente pe est le facteur de réflexion R :
Le rapport entre la pression de l'onde transmise pd et la pression de l'onde incidente pe est le facteur de transmission D.
Les impédances acoustiques des deux milieux, Z = p, c, et Z = p2c2 sont des facteurs essentiels pour l'amplitude de R et de D, selon les équations (25) et (26).
(Des exemples sont donnés dans le tableau 1).
Entre les équations (25) et (26), il existe la relation (27).
La somme des pressions acoustiques de l'onde transmise et de l'onde réfléchie n'est pas égale à la pression acoustique de l'onde incidente. Cette relation ne s'applique qu'à l'énergie.
Si l'ordre des interfaces est inversé, ce qui est forcément le cas avec la méthode à échos, on obtient la relation (25') :
La valeur de l'amplitude réfléchie reste la même, seule la phase est inversée.
Comme les facteurs R et D, ou R' et D', représentent des rapports, ils peuvent aussi être donnés sous forme de valeurs en dB. On peut représenter le phénomène par l'exemple d'un transfert de son de l'acier à l'eau :
Ainsi, l'amplitude de l'onde réfléchie n'est inférieure que de 0,6 dB à l'amplitude de l'onde incidente (réflexion presque parfaite).
L'onde qui passe de l'acier à l'eau a une pression acoustique inférieure d'environ 24 dB à la pression acoustique de l'onde incidente. Si l'onde sonore frappe l'interface avec un certain angle, alors le calcul de l'onde réfléchie et de l'onde qui traverse l'interface est plus complexe. En outre, un autre effet important doit être pris en compte avec une incidence oblique : la réfraction qui se produit au niveau de l'interface modifie la direction de propagation de l'onde sonore selon la loi de Snell (fig. 29).
Dans les corps solides, on observe aussi des conversions de mode de transmission d'onde lorsque des ondes sont réfractées au niveau des interfaces. Une onde longitudinale incidente (fig. 29) génère, dans le milieu 2, une onde longitudinale réfractée, ainsi qu'une onde transversale réfractée. La loi de réfraction (32) s'applique alors :
Si sin ß long. = 1 alors l'angle limitant (fig. 30) correspond à l'équation (33).
Pour un angle de réfraction supérieur, il n'y a plus d'onde longitudinale dans le milieu 2 ; il n'y a que des ondes transversales. Si sin f trans. = 1 alors il y a un second angle limitant a" (fig. 31) correspondant à l'équation (34).
Pour un angle de réfraction supérieur à a'', il n'y a ni onde longitudinale, ni onde transversale dans le milieu 2 ; il y a des ondes de surface qui n'existent qu'au niveau de l'interface. Avec la loi de réfraction, la direction de propagation de l'onde réfractée peut être calculée, mais pas son amplitude. De plus, la loi de réfraction ne permet pas de savoir si les ondes transversales sont toujours polarisées linéairement après avoir été réfléchies ou réfractées. Dans le cadre des pratiques d'essais, il y a une autre complication : les fronts d'onde illimités de surface plane n'existent pas, car le faisceau sonore est limité et le front d'onde n'a pas une surface plane. Quoi qu'il en soit, la réflexion au niveau des interfaces est le phénomène le plus important dans le cadre du contrôle des matériaux par ultrasons. Avec les sondes d'angle (fig. 11), on utilise la réfraction avec un angle de réfraction supérieur à a' afin de générer uniquement une onde transversale polarisée linéairement dans le matériau. Le comportement de l'onde réfléchie à proximité des angles limitants peut être mis à profit pour évaluer les propriétés d'élasticité du matériau (réflectivité de l'angle critique).
