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Bac 2027 · spécialité physique-chimie

Ondes et niveau d’intensité sonore

Un son dix fois plus intense n’est pas entendu dix fois plus fort : sonomètres et oreilles comptent sur une échelle logarithmique, les décibels. On exploite ici l’expression du niveau d’intensité sonore, puis on distingue l’atténuation géométrique de l’atténuation par absorption, en s’appuyant sur la relation de première entre période, longueur d’onde et célérité ; c’est la part du programme de terminale consacrée au son, revue ici avant le bac.

Au bac de physique-chimie : dans 8 des 35 sujets de 2024 à 2026 (questions : 20).

L’essentiel

ce qu’il faut savoir
  • Une onde mécanique progressive transporte de l’énergie d’un point à un autre sans transporter de matière. Une onde périodique a une période TT et une longueur d’onde λ\lambda, distance entre deux points identiques consécutifs de l’onde.
  • La célérité vv de l’onde, en m ⋅ s−1\pu{m.s-1}, relie les deux : v=v ={}λT= \dfrac{\lambda}{T} ={}λf \lambda f, avec ff la fréquence en hertz.
  • L’intensité sonore II est la puissance PP reçue par unité de surface, I=PSI = \dfrac{P}{S}, en W ⋅ m−2\pu{W.m-2}.
  • Le niveau d’intensité sonore s’écrit L=L ={}10⋅log⁡II0 10 \cdot \log \dfrac{I}{I_0}, en dB, où I0=1⋅10−12 W ⋅ m−2I_0 = \pu{1e-12 W.m-2} est l’intensité sonore de référence, voisine du seuil d’audition à 1 000 Hz.
  • Entre deux niveaux, la différence L2−L1=L_2 - L_1 ={}10⋅log⁡I2I1 10 \cdot \log \dfrac{I_2}{I_1} ne dépend que du rapport des intensités. Une atténuation, en dB, est une baisse de niveau.

L’épreuve écrite de spécialité physique-chimie dure 210 minutes et est notée sur 20 : trois exercices indépendants, et à partir de la session 2027 deux points pour la maîtrise de la langue. Elle compte pour 80 % de la note de la spécialité ; l’évaluation des compétences expérimentales, une heure au laboratoire, pour 20 %. Le sujet dit si la calculatrice est autorisée.

Période, longueur d’onde, célérité : l’acquis de première

Cette relation vient du programme de première ; les sujets de terminale la supposent connue. Pendant une période TT, l’onde avance d’une longueur d’onde : d’où λ=v T\lambda = v\,T. La célérité relie aussi la distance de propagation à la durée mise pour la franchir, et c’est ce qui donne un retard : Δt=\Delta t ={}dv \dfrac{d}{v}.

Par exemple, un son de 2000 Hz\pu{2000 Hz} (fréquence fictive) dans l’air à 20 °C\pu{20 \degree C}, où la célérité est d’environ 343 m ⋅ s−1\pu{343 m.s-1}, a pour période T=1f=5,0⋅10−4 sT = \dfrac{1}{f} = \pu{5,0e-4 s} et pour longueur d’onde λ=vf=0,17 m\lambda = \dfrac{v}{f} = \pu{0,17 m}. Vérifie toujours les unités : une fréquence en kHz ou une distance en cm se convertit avant de calculer.

Les ondes électromagnétiques, ondes radio comme lumière, suivent la même relation λ=c T\lambda = c\,T, mais elles n’ont pas besoin d’un milieu matériel : dans le vide, leur célérité est c=3,00⋅108 m ⋅ s−1c = \pu{3,00e8 m.s-1}. Un signal radio met donc la durée Δt=\Delta t ={}dc \dfrac{d}{c} à parcourir la distance dd, alors qu’un son ne se propage pas dans le vide.

Intensité sonore et niveau en décibels

L’intensité sonore couvre un énorme intervalle, de 1⋅10−12 W ⋅ m−2\pu{1e-12 W.m-2} au seuil d’audition à environ 1 W ⋅ m−2\pu{1 W.m-2} au seuil de douleur. Le décibel resserre cette échelle : le niveau d’un son à l’intensité de référence est L=10log⁡1=0 dBL = 10 \log 1 = \pu{0 dB}.

Pour une intensité sonore (valeur fictive) I=3,2⋅10−5 W ⋅ m−2I = \pu{3,2e-5 W.m-2}, le niveau vaut L=10⋅log⁡3,2×10−510−12≈75 dBL = 10 \cdot \log \dfrac{3{,}2 \times 10^{-5}}{10^{-12}} \approx \pu{75 dB}. Dans l’autre sens, I=I0 10L/10I = I_0\,10^{L/10}.

Le logarithme décimal transforme les produits en sommes. Multiplier l’intensité par 10 ajoute 10 dB ; la multiplier par 2 ajoute environ 3 dB. Dans le tableau, chaque ligne multiplie l’intensité par 1 000 et ajoute 30 dB. Ne confonds pas les deux : deux sources de 60 dB placées ensemble ne font pas 120 dB mais environ 63 dB, car l’addition porte sur les intensités, non sur les niveaux.

NiveauIntensité sonoreSituation
0 dB\pu{0 dB}1⋅10−12 W ⋅ m−2\pu{1e-12 W.m-2}seuil d’audition à 1 000 Hz
30 dB\pu{30 dB}1⋅10−9 W ⋅ m−2\pu{1e-9 W.m-2}logement calme
60 dB\pu{60 dB}1⋅10−6 W ⋅ m−2\pu{1e-6 W.m-2}conversation normale
90 dB\pu{90 dB}1⋅10−3 W ⋅ m−2\pu{1e-3 W.m-2}habitacle d’un poids lourd

Deux manières de perdre du niveau

Une source ponctuelle rayonne de façon identique tout autour d’elle : à la distance dd, la même puissance PP se répartit sur une sphère de surface 4πd24\pi d^2, donc I=I ={}P4πd2 \dfrac{P}{4\pi d^2}. Plus on s’éloigne, plus l’énergie est étalée : c’est l’atténuation géométrique. Elle ne retire pas d’énergie à l’onde. Doubler la distance divise l’intensité par 4 et fait perdre 20log⁡2≈6 dB20 \log 2 \approx \pu{6 dB} ; décupler la distance fait perdre 20 dB\pu{20 dB}.

L’atténuation par absorption est autre chose : le milieu ou un obstacle absorbe une fraction de l’énergie transportée par l’onde et la convertit en énergie thermique. Elle se retranche du niveau, quelle que soit la distance, et se cumule avec la première.

Prends une source à 80 dB\pu{80 dB} à 2 m\pu{2 m} (valeurs fictives). À 16 m\pu{16 m}, la distance vaut 8 fois la distance initiale : L=80−20log⁡8≈62 dBL = 80 - 20 \log 8 \approx \pu{62 dB}. Si un écran absorbant de 12 dB\pu{12 dB} se place devant le récepteur, le niveau tombe à environ 50 dB\pu{50 dB}.

81624325060708090040d (m)L (dB)

Les mots du programme

célérité
Vitesse à laquelle une onde se propage dans un milieu, en m ⋅ s−1\pu{m.s-1} ; le programme dit célérité plutôt que vitesse de propagation.
longueur d’onde
Distance parcourue par une onde périodique pendant une période, en m.
intensité sonore
Puissance sonore reçue par unité de surface, en W ⋅ m−2\pu{W.m-2}.
niveau d’intensité sonore
Grandeur L=L ={}10⋅log⁡II0 10 \cdot \log \dfrac{I}{I_0}, exprimée en décibels ; elle compare l’intensité à l’intensité de référence.
atténuation géométrique
Baisse d’intensité due à l’étalement de l’énergie sur une surface qui grandit avec la distance à la source.
atténuation par absorption
Baisse d’intensité due à l’énergie que le milieu ou un obstacle absorbe et convertit en énergie thermique.

Une question du sujet

source : éduscol
Une vraie question d’un sujet du bac, mot pour mot, avec les lignes de l’exercice dont elle a besoin. Cherche-la avant de lire le corrigé.
Question d’un sujetbac

Bac 2025, Amérique du Sud, jour 2 — exercice 2, question 9

Exercice 2 — Chauffe-eau thermodynamique d’un chalet — Partie 2. Étude sonore du chauffe-eau thermodynamique

[…] Le principal inconvénient du chauffe-eau thermodynamique est le bruit qu’il génère. Dans le garage, à une distance de d1=0,10 md_1 = \pu{0,10 m} du ballon, le sonomètre indique L1=70 dBL_1 = \pu{70 dB}. Le propriétaire souhaite vérifier que les vacanciers hébergés dans une chambre située derrière le mur, à une distance d2=5,00 md_2 = \pu{5,00 m} du chauffe-eau, ne seront pas dérangés par son fonctionnement. On considère que dans une chambre à coucher le niveau d’intensité sonore conseillé ne doit pas dépasser 30 dB\pu{30 dB}. Pour cela, il réalise l’isolation phonique de son garage apportant une atténuation de 25 dB\pu{25 dB}. […]

Question 9. (0–0,25)

Q9. Indiquer le type d’atténuation sonore mis en œuvre par l’isolation phonique du garage.

Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2025, spécialité physique-chimie, Amérique du Sud, jour 2, exercice 2, question 9 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol

Question d’un sujetbac

Bac 2024, Amérique du Nord, jour 1 — exercice 1, question 9

Question 9

Q.9. Écrire la relation entre la longueur d’onde, la célérité et la période de l’onde, en précisant les unités de ces grandeurs.

Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2024, spécialité physique-chimie, Amérique du Nord, jour 1, exercice 1, question 9 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol

Dans les sujets

compté par sujet
Les sujets de 2024 à 2026 qui ont posé une question sur cette notion : dans 8 des 35 sujets, sans compter les sujets de remplacement et de secours.
SujetQuestions
Bac 2026, Antilles-Guyane, jour 21.1, 1.2, 1.3
Bac 2026, Asie, jour 12.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6
Bac 2025, Amérique du Sud, jour 22.9, 2.10
Bac 2025, Centres étrangers, jour 13.5, 3.6
Bac 2025, Polynésie, jour 13.1
Bac 2024, Amérique du Nord, jour 11.9, 1.10
Bac 2024, Centres étrangers, jour 22.8, 2.9
Bac 2024, Métropole, jour 21.16

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Question 1. (0–1)

L’intensité sonore mesurée près d’un concert de rock vaut I=0,65 W ⋅ m−2I = \pu{0,65 W.m-2}. Données : • niveau d’intensité sonore : L=10log⁡(II0)L = 10 \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right), avec I0=1,0×10−12 W ⋅ m−2I_0 = \pu{1,0 \times 10^{-12} W.m-2}. Calculer le niveau d’intensité sonore LL, en dB. Donner le résultat arrondi à l’unité.
dB

Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.

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Question 2. (0–1)

En un point donné, une enceinte seule produit un niveau d’intensité sonore L1=78 dBL_1 = \pu{78 dB}. On fait fonctionner ensemble N=4N = 4 enceintes identiques, placées de façon que chacune produise en ce point la même intensité sonore ; les intensités sonores s’ajoutent. Données : • niveau d’intensité sonore : L=10log⁡(II0)L = 10 \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right), avec I0=1,0×10−12 W ⋅ m−2I_0 = \pu{1,0 \times 10^{-12} W.m-2}. Calculer le niveau d’intensité sonore LNL_N en ce point, en dB. Donner le résultat arrondi à l’unité.
dB

Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.

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Question 3. (0–1)

On modélise une sirène d’alarme par une source ponctuelle qui émet une puissance sonore P=4,73 WP = \pu{4,73 W}, répartie de la même façon dans toutes les directions. On néglige l’absorption par l’air. Données : • à la distance dd de la source, l’intensité sonore est I=I ={}P4πd2 \dfrac{P}{4\pi d^2} ; • niveau d’intensité sonore : L=10log⁡(II0)L = 10 \log\left(\dfrac{I}{I_0}\right), avec I0=1,0×10−12 W ⋅ m−2I_0 = \pu{1,0 \times 10^{-12} W.m-2}. Calculer le niveau d’intensité sonore LL à la distance d=48,3 md = \pu{48,3 m} de la source, en dB. Donner le résultat arrondi à l’unité.
dB

Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.

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bac

Question 4. (0–1)

Sur une cuve à ondes, un vibreur crée des ondes rectilignes à la surface de l’eau. On mesure une distance d=8,82 cmd = \pu{8,82 cm} entre 7 crêtes consécutives ; la fréquence de l’onde vaut f=17 Hzf = \pu{17 Hz}. Données : • la célérité d’une onde périodique est v=λfv = \lambda f. Calculer la célérité vv de l’onde, en m·s⁻¹. Donner le résultat avec trois chiffres significatifs.
m·s⁻¹

Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.

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Les erreurs fréquentes

là où on perd des points
  • Additionner des niveaux. Deux sons de 60 dB ne donnent pas 120 dB : additionne les intensités, puis reviens au niveau, ou ajoute 10log⁡N10 \log N à L1L_1 pour NN sources identiques.
  • Prendre le logarithme népérien. L’expression du niveau utilise le logarithme décimal, touche log⁡\log de la calculatrice.
  • Confondre atténuation géométrique et atténuation par absorption. Seule la seconde retire de l’énergie à l’onde ; la première dépend de la distance et se calcule avec I=I ={}P4πd2 \dfrac{P}{4\pi d^2}.
  • Oublier de convertir. ff en kHz, dd en cm ou une durée en ms se convertissent en hertz, mètres et secondes avant d’utiliser λ=v T\lambda = v\,T.

À retenir

  • Onde périodique : λ=v T=\lambda = v\,T ={}vf \dfrac{v}{f}.
  • Intensité sonore : I=PSI = \dfrac{P}{S}, en W ⋅ m−2\pu{W.m-2} ; référence I0=1⋅10−12 W ⋅ m−2I_0 = \pu{1e-12 W.m-2}.
  • Niveau : L=L ={}10⋅log⁡II0 10 \cdot \log \dfrac{I}{I_0}, en dB ; intensité ×10 donne +10 dB, ×2 donne +3 dB.
  • Source ponctuelle : I=I ={}P4πd2 \dfrac{P}{4\pi d^2} ; distance ×2 donne −6 dB, ×10 donne −20 dB.
  • L’absorption retire de l’énergie à l’onde ; la géométrie l’étale.

Questions fréquentes

  1. 1.Pourquoi le niveau sonore se mesure-t-il en décibels ?+
    Réponse :Les intensités audibles s’étendent sur un facteur de l’ordre de mille milliards. Le logarithme ramène cet intervalle à quelques dizaines de dB, et il décrit mieux la façon dont l’oreille ressent un son que l’intensité elle-même.
  2. 2.Qu’est-ce qu’une onde mécanique progressive ?+
    Réponse :C’est la propagation d’une perturbation dans un milieu matériel, sans transport de matière : chaque point du milieu reprend le mouvement du point précédent avec un retard. Le son en est un exemple, et il ne se propage pas dans le vide.
  3. 3.Que signifie 0 dB ?+
    Réponse :Un niveau nul n’est pas le silence : il correspond à une intensité égale à I0I_0, la référence, voisine du seuil d’audition à 1 000 Hz, puisque log⁡1=0\log 1 = 0.
  4. 4.Doubler la distance retire-t-il toujours autant de décibels ?+
    Réponse :Oui, pour une source ponctuelle sans absorption : II est divisée par 4, donc le niveau perd 10log⁡4≈6 dB10 \log 4 \approx \pu{6 dB}, quelle que soit la distance de départ.
  5. 5.La célérité d’un son change-t-elle avec sa fréquence ?+
    Réponse :Pas dans l’air pour les sons ordinaires : la célérité dépend du milieu et de sa température, environ 331 m ⋅ s−1\pu{331 m.s-1} à 0 °C\pu{0 \degree C} et 343 m ⋅ s−1\pu{343 m.s-1} à 20 °C\pu{20 \degree C}. Si ff augmente, c’est λ\lambda qui diminue.

Voir aussi

Toutes les notions de physique-chimie du bac

Notion suivante du programme : Diffraction

Sources

Ce site n’est pas un service du ministère de l’Éducation nationale et n’y est pas lié. Les questions marquées « bac » viennent des sujets publiés sur éduscol (Licence Ouverte / etalab-2.0) ; leurs corrigés, les explications et les autres exercices de la page sont les nôtres et n’ont rien d’officiel.

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