L'effet Doppler permet notamment de détecter des exoplanètes. Grâce à la méthode des vitesses radiales, également appelée spectroscopie Doppler, le télescope Harps, au Chili, a par exemple pu détecter HIP 11915, une planète semblable à Jupiter, ici illustrée. © ESO

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Effet Doppler

DéfinitionClassé sous :physique , effet Doppler , astrophysique
 

L'effet Doppler est le changement apparent de la fréquence d'un signal sonore ou électromagnétique reçu par un observateur mobile par rapport à une source émettrice fixe ou bien par un observateur fixe par rapport à une source émettrice mobile. La variation apparente de fréquence est proportionnelle à la vitesse relative entre l'observateur et la source le long du chemin qui les sépare.

L'effet Doppler concerne le son mais aussi la lumière

Pour les ondes électromagnétiques (radio ou lumière, par exemple), l'effet est généralement appelé « Doppler-Fizeau », le physicien français Hippolyte Fizeau ayant découvert qu'il concerne aussi la lumière. Ce phénomène est utilisé en astrophysique pour connaître la vitesse angulaire des étoiles. En effet, leur mouvement, selon la perspective, provoque un déplacement des raies émises par rapport aux mêmes raies émises par une source terrestre. La méthode de la vitesse radiale, qui s'appuie sur l'observation de l'effet Doppler-Fizeau, permet par ailleurs la détection d'exoplanètes.

Dans le cas des ondes sonores, le son émis par un mobile en mouvement semble plus ou moins aigu selon la vitesse à laquelle il se rapproche, et plus ou moins grave, selon la vitesse à laquelle il s'éloigne. C'est par exemple l'effet Doppler qui fait que la sirène d'une ambulance semble plus aiguë lorsque celle-ci se rapproche et plus grave lorsqu'elle s'éloigne. Le principe est le même pour un rayonnement lumineux, qui se décale vers les grandes longueurs d'onde (rouge) en s'éloignant, vers les courtes longueurs d'onde (violet) en se rapprochant.

On détermine ainsi la vitesse d'un mobile émettant du son ou de la lumière en mesurant le décalage de la fréquence reçue par rapport à la fréquence émise.

La source (le petit cercle coloré) se déplace de droite à gauche. La fréquence des ondes qu'elle émet semble plus élevée à gauche (la source se rapproche) et plus basse à droite (la source s'éloigne). © Tkarcher, amélioré par Tatoute, CC by-sa 3.0

Explication avec l'analogie du ruisseau

On peut faire une analogie avec un ruisseau dans lequel seraient jetées des feuilles à intervalles réguliers. En remontant le courant (en se rapprochant de la source), on verra des feuilles plus souvent, et de plus en plus souvent si l'on accélère. Au contraire, en descendant le courant (en s'éloignant de la source), on verra des feuilles de moins en moins souvent, jusqu'à ne plus en voir qu'une si l'on va à la même vitesse que le courant.

Les sons aigus ont des fréquences élevées, c'est-à-dire que l'on « rencontre » souvent l'onde : on se rapproche de la source (ou elle se rapproche de nous) ; les sons graves ont des fréquences moins élevées : on s'éloigne de la source (ou elle s'éloigne de nous).

Kezako : quand l’effet Doppler permet de mesurer la vitesse des objets  L’effet Doppler est à l’œuvre dans de nombreuses technologies, comme par exemple le radar de vitesse, d’une redoutable efficacité. Unisciel et l’Université de Lille 1 nous expliquent leur fonctionnement au cours de cet épisode de Kezako.