Mesure de la vitesse de courant avec l’effet Doppler
Les gaz qui circulent dans un tuyau contiennent également de petites particules d’autres substances. Des ultrasons sont émis à travers la paroi de la canalisation. Les échos sur les particules en mouvement ont une fréquence modifiée. La vitesse des particules peut être calculée à partir du décalage de fréquence.
Il est ainsi possible d’étudier les écoulements dans des tuyaux très étroits ou dans la zone supersonique. Il est ainsi possible de mesurer par exemple les flux dans les moteurs à combustion et d’améliorer ainsi le rendement de la combustion.
Navigateurs et GPS : possible grâce à l’effet Doppler
Le « Navigational Satellite Timing and Ranging – Global Positioning System » ou plus simplement le GPS est une forme de système de navigation développée depuis les années 1970, qui calcule uniquement la position et l’altitude du récepteur à partir des données de plusieurs satellites. Mais comme les satellites se déplacent tout autour de la Terre, le GPS et la navigation fonctionnent selon l’effet Doppler : les ondes électromagnetiques changent de longueur, il faut donc déterminer la distance par rapport aux satellites. C’est à partir de cette distance que le GPS et le Navigateur calculent la position du récepteur.
Lorsque le GPS, le système de navigation ou le téléphone portable sont activés, il est possible de déterminer l’emplacement de l’appareil. Ce fait peut parfois être d’une grande aide pour les enquêtes de police ou la recherche de personnes disparues.
Radar et Sonar à effet Doppler
Le radar (RAdio Detecting And Ranging = détection et mesure de distance par radio) a été inventé par Heinrich Hertz lorsqu’il a découvert en 1886 que les objets en métal réfléchissaient les ondes électromagnétiques. Mais ce n’est qu’à la fin des années 1930 que le radar a atteint une maturité telle qu’il pouvait détecter des attaques d’avions, de véhicules blindés ou de navires en haute mer sur des distances allant jusqu’à 40 kilomètres. Le radar de circulation, tant détesté aujourd’hui par beaucoup, a fait sa première apparition en 1956.
Dans l’application de l’effet Doppler, le radar émet des ondes électromagnétiques qui sont réfléchies par l’objet détecté. L’appareil détermine immédiatement si ces ondes sont comprimées ou étirées, c’est-à-dire si l’objet se rapproche ou s’éloigne. Et il calcule la vitesse à laquelle l’objet se déplace. Le radar ne se contente pas d’attraper les contrevenants à la vitesse, il peut aussi gérer le flux de circulation aux endroits étroits, aux chantiers ou aux carrefours. Il transmet les données saisies à un ordinateur central qui détermine ainsi la vitesse la plus favorable pour la circulation, laquelle s’allume ensuite sur des panneaux ou adapte en conséquence les phases des feux de signalisation.
Le sonar, une autre application de l’effet Doppler, émet des ondes sonores qui atteignent dans l’eau une vitesse quatre fois supérieure à celle du son dans l’air, soit environ 1 480 m/s. Lorsque ces ondes sonores rencontrent un objet, elles sont réfléchies et le sonar peut déterminer la distance et le mouvement de l’objet.
Les dauphins sont naturellement équipés d’un « écho-sondeur » qui leur facilite considérablement la chasse. Comme les chauves-souris, ils émettent des sons qui se reflètent sur le corps de la proie et révèlent ainsi sa position.
Prévisions météorologiques au moyen de l’effet Doppler
Les prévisions météorologiques ne seraient pas possibles sans le radar météorologique et donc, une fois de plus, sans l’effet Doppler : les nuages contiennent des gouttes d’eau ou des grêlons qui réfléchissent les ondes électromagnétiques. Et comme ces nuages se déplacent, le radar météorologique peut déterminer leur position ainsi que la vitesse et la direction de leur mouvement. L’analyse de ces données permet ensuite de prévoir (de préférence au conditionnel) où et quand nous devrions nous attendre à de la pluie ou à de la grêle et avec quelle intensité – à moins que la direction du vent ne change de manière inattendue.
Le principe Doppler s’applique également aux radars de sol : l’émetteur se déplace, la longueur d’onde des rayons change donc et l’écho d’un objet localisé indique sa position et sa distance. C’est ainsi qu’un avion qui s’est écrasé il y a 70 ans a pu être localisé à 75 mètres de profondeur dans la glace du Groenland, un dinosaure en Patagonie et un mammouth en Sibérie.
Mesure de la Terre par l’effet Doppler
L’une des tâches de la géodésie (= géométrie pratique) est de déterminer les multiples formes de la surface terrestre, telles qu’elles sont représentées sur les cartes géographiques avec différentes couleurs pour les plaines ou les montagnes. Depuis les années 1960, les satellites Doppler, comme le système TRANSIT jusqu’en 1996 et le système DORIS depuis 1990, effectuent des mesures aussi détaillées qu’exactes de la surface de la Terre. Les satellites tournent autour de la Terre le long des cercles de longitude (routes polaires) et balayent la Terre, comme le fait le radar. Comme ils se déplacent très rapidement par rapport à la Terre « stationnaire », le principe de l’effet Doppler fonctionne également ici. Rien n’échappe au système DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite), car les trajectoires des différents satellites forment une sorte de grille autour de la Terre, qui tourne autour de son axe à l’intérieur de ce cadre.