Tous les sons que nous entendons correspondent à un unique phénomène physique : l'onde sonore. Dans ce chapitre, nous allons présenter les caractéristiques fondamentales des ondes, de manière à pouvoir expliquer dans le chapitre suivant à quelle réalité physique correspondent les sons.

Les ondes sont des phénomènes très courants, et on peut en voir les effets à chaque instant : en effet, la lumière qui nous parvient, les sons qui nous entourent, les vibrations du sol que l'on perçoit lorsqu'un camion passe à proximité, sont des ondes.
Le meilleur moyen de comprendre ce qu'est une onde est d'étudier des exemples observables par tous.

• Une onde à la surface de l'eau

Si vous jetez une pierre à la surface d'une large étendue d'eau calme (cf. la figure suivante), vous pouvez observer une perturbation qui se propage à la surface en générant des cercles concentriques dont le rayon grandit.

La pierre, en percutant la surface, génère une vague circulaire qui s'éloigne du point d'impact. Cette vague, constituée d'un sommet suivi d'un creux, est généralement suivie d'autres, moins marquées, créées par les remous engendrés par la chute de la pierre. Ces vagues correspondent à la propagation d'une onde à la surface de l'eau (on notera qu'en anglais, les mots vague et onde sont traduits par le terme unique de wave).

• Le cas de la vague sur l'eau

Si l'on place un bouchon de liège à la surface d'un lac, le bouchon reste immobile. Si maintenant, on jette une pierre dans l'eau à proximité du bouchon, on voit les vagues se propager en cercles concentriques, et le bouchon se déplacer lorsque les vagues le soulèvent. Quand la surface du lac redevient immobile, le bouchon se trouve à la même position qu'il occupait avant que l'on jette la pierre.
On peut donc faire les constatations suivantes :

• Il y a déplacement de vagues (elles s'éloignent de la source).
• Il y a non déplacement du bouchon (il ne s'éloigne pas de la source).

• Le cas de la hola

Si on observe le phénomène de la hola de loin (de la tribune située en face par exemple) on voit nettement se déplacer la vague des bras levés le long des tribunes, de travée en travée. Pourtant, si on observe la scène de plus près, on s'aperçoit que les spectateurs se déplacent verticalement (ils se lèvent et ils s'assoient).
On peut là-encore faire les constatations suivantes :

• La hola se déplace comme une vague (elle "court" autour du stade).
• Les spectateurs restent à leurs places (ils ne courent pas).

• Interprétation des exemples

L'onde caractérisant la hola se propage dans les tribunes sans que cela corresponde au déplacement individuel de chaque spectateur. En réalité, ce ne sont pas les spectateurs qui se déplacent mais la perturbation causée par le fait de se lever et de s'asseoir.
De même, dans le cas de la vague à la surface de l'eau, le bouchon ne s'éloigne pas de la source (contrairement à la vague). De même, les molécules d'eau sur lesquelles flotte le bouchon ne se déplacent pas comme la vague : là encore, ce ne sont pas les éléments présents dans l'eau (molécules ou bouchon) qui se déplacent, mais la perturbation causée par le fait de faire monter ou descendre la surface de l'eau.

L'onde est caractérisée par le passage d'une perturbation parmi des particules (spectateurs ou molécules d'eau dans ces exemples).
Comme cette perturbation passe "à travers" les particules sans les emporter, on dit qu'une onde se propage plutôt qu'elle ne se déplace.
Dans les deux exemples précédents, il semble que la notion d'onde soit intimement liée à la notion de particule. Nous allons maintenant étudier plus en détail cette relation.

Si l'on reprend l'exemple des tribunes du stade, la perturbation se propage grâce aux spectateurs : il ne peut pas y avoir de hola dans un stade vide.
De même, si on jette une pierre sur une surface solide plutôt que liquide, notre oeil ne perçoit pas d'onde qui se propage.
Ces ondes nécessitent donc la présence d'un milieu (l'ensemble des spectateurs ou un élément liquide) pour se propager.

Mais qu'est-ce qu'un milieu ?
En fait, et pour ce qui concerne les ondes, il s'agit de l'ensemble des particules sans lesquels l'onde ne peut exister : il peut s'agir des spectateurs (hola), des molécules d'eau (vague à la surface de l'eau), des atomes constituant le sol (tremblement de terre) ou des molécules de l'air qui nous entoure pour les ondes sonores, comme nous le verrons prochainement.

Nous pouvons donc maintenant donner une définition d'une onde, qui correspond à la propagation d'une perturbation dans un milieu.
Cette perturbation se transmet de proche en proche aux particules du milieu. Un tel milieu (composé de particules) est appelé milieu matériel. Pour que l'onde se propage, il faut que les particules puissent interagir : lorsque l'onde est passée, chaque particule retrouve sa position de repos (c'est-à-dire la position qu'elle occupait avant le passage de l'onde).

Les ondes sont des phénomènes très courants. Les exemples que l'on a vus jusqu'à présent sont basés sur le mouvement des particules autour de leur position de repos. On les appelle des ondes mécaniques.
La lumière, les micro-ondes, les ondes radars ne fonctionnent pas sur le même principe et on les appelle des ondes électro-magnétiques. Nous n'étudierons pas ici les ondes éléctro-magnétiques. Cependant, il est bon de savoir que ces ondes peuvent voyager dans le vide (elles n'ont pas besoin d'un milieu matériel composé de particules pour se propager). C'est pour cette raison que la lumière du soleil nous parvient à travers l'espace.
Comme nous l'avons vu, ce n'est pas le cas des ondes mécaniques, qui se transmettent uniquement dans un milieu matériel élastique. Le terme élastique signifie que les particules peuvent interagir (agir sur l'une permet d'agir sur l'autre).