L'effet Doppler

Qu'est-ce que l'effet Doppler?

C'est un phénomène qui concerne aussi bien les ondes sonores que les ondes électromagnétiques émises par les étoiles. ( voir video du CEA présentant l'effet Doppler)

Il est peut être plus facile de le comprendre à partir des ondes sonores car c'est une expérience que chacun d'entre nous a déjà vécu.

L'EFFET DOPPLER SONORE

Effectivement, il nous est à tous arrivé de constater que le son du klaxon d'une ambulance était aigu lorsque l'ambiulance se rapprochait de nous alors que lorsque celle-ci nous dépassait:

le son du klaxon devenait plus grave.

Cette variation de la hauteur du son est liée en physique à une caractéristique des ondes que l'on appelle  la fréquence (lien vers notions de base sur les ondes)  f et qui se mesure en Hertz ( Hz).

Quand le son est aigu, sa fréquence est plus élevée que lorsque le son est grave.

Autrement dit, la fréquence de l'onde sonore est plus élevée lorsque la source sonore se rapproche de l'auditeur fixe tandis que la fréquence augmente lorsque  la source sonore séloigne de l'auditeur.

Voici une une vidéo réalisée par des professeurs de l'Université de Lille 1 qui illustre bien ce propos ( lien ).

Remarque importante:

Quand on dit plus élevée ou plus faible concernant la fréquence, c'est par rapport à la fréquence de l'onde sonore émise par la source si celle-ci était fixe comme l'auditeur.

L'EFFET DOPPLER ELECTRO-MAGNETIQUE.

Si on envisage l'effet Doppler par rapport aux ondes lumineuses, celles-ci ne s'entendent pas mais se voient;  plus justement, elles sont détectées par l'oeil de l'observateur ou par tout autre capteur sensible à la

lumière.

Pour une onde lumineuse, on ne parle pas de grave ou d'aigu mais de couleur:

-une onde de fréquence plus élevée est perçue comme étant plus bleue.

-une onde lumineuse de fréquence moins élevée est perçue comme étant plus rouge.

Une onde lumineuse dans le domaine du visible sera perçue plus bleue que si la source lumineuse était fixe lorsque la source se rapproche de l'observateur: on parle de BLUESHIFT ( décalage vers le bleu).

Si par contre, la source lumineuse s'éloigne de l'observateur, l'onde lumineuse est perçue plus rouge que si la source était fixe: on parle de REDSHIFT ( décalage vers le rouge).

L'effet Doppler lumineux est perceptible sur les spectres stellaires:

- le spectre du haut ( unshifted) représente le spectre d'une étoile qui serait fixe par rapport à l'observateur.

-le spectre du milieu ( redshited) représente le spectre d'une étoile qui s'éloignerait de l'observateur terrestre: ses raies se décalent vers le rouge par rapport au spectre qu'aurait l'étoile si elle était fixe ( unshifted).

- le spectre du bas ( blueshifted) représente le spectre d'une étoile qui se rapprocherait de l'observateur terrestre: ses raies se décalent vers le bleu par rapport au spectre qu'aurait l'étoile si elle était fixe.

Cet effet de variation de la fréquence de l'onde lumineuse en fonction de la vitesse de la source lumineuse par rapport à l'observateur a été étudié par le physicien autrichien DOPPLER ( 1803/1853) et le physicien français FIZEAU ( 1819/1896) à la même époque.