Définition, causes et exemples de résonance

Publié le 18 janvier, 2024

Qu’est-ce que la résonance?

En physique, la résonance se produit lorsqu’un objet vibrant fait vibrer un autre objet proche à une amplitude plus élevée. L’amplitude est le point le plus éloigné qu’un objet vibrant par rapport à son équilibre. La définition de la résonance dit que les objets et les systèmes vibrent naturellement à une fréquence définitive, appelée fréquence de résonance ou fréquence naturelle. La fréquence de résonance définie est déterminée par la taille et la forme de l’objet, ainsi que par le matériau à partir duquel il est fabriqué. La résonance se produit lorsque la fréquence de la vibration externe d’un objet initial correspond à la fréquence de résonance d’un deuxième objet. En conséquence, le deuxième objet vibrera ou oscillera à une amplitude plus élevée. La théorie de la résonance explique qu’une oscillation globalement faible dans l’objet initial peut induire une oscillation substantielle et relativement importante dans le deuxième objet.

La signification de résonance est liée à ses racines dans le mot latin resonantia, qui signifie « écho ». La résonance peut être visualisée dans la vie quotidienne avec des instruments de musique, des balançoires et des ponts de singe. Dans le cas des balançoires, un enfant qui pousse une balançoire à la fréquence de résonance de la balançoire augmentera l’amplitude et balancera plus haut. Avec un pont de corde, les passants qui traversent en groupe, marchant tous en fonction de la fréquence de résonance du pont, peuvent provoquer de fortes vibrations du pont, voire même son effondrement. Les horloges à pendule dépendent également de la fréquence de résonance du mouvement de l’horloge.

Quand la résonance se produit-elle?

Qu’est-ce qui cause la résonance? La résonance se produit lorsqu’un objet oscille ou vibre en réponse à l’exposition d’oscillations à une fréquence qui correspond ou est proche de sa fréquence de résonance. La résonance ne se produit que lorsque le premier objet oscille à la fréquence de résonance du deuxième objet. La résonance ne se produira pas si la fréquence de vibration ne correspond pas à la fréquence de résonance de l’article.

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Introduction à la résonance

Comment faire de la belle musique avec des verres à vin? Comment casser un verre de vin en chantant fort devant? Les ondes sonores nous permettent de faire des choses plutôt intéressantes quand on sait les utiliser. Les ondes lumineuses interagissent également de manière particulière avec les objets qui les entourent.

Le comportement des ondes sonores et lumineuses explique pourquoi nous entendons les sons des instruments de musique et pourquoi nous voyons des couleurs et des objets. Une trompette augmente l’amplitude d’une onde sonore. Un objet coloré augmente l’amplitude d’une onde lumineuse.

Ces changements d’amplitude sont provoqués par un principe important appelé résonance. Dans cette leçon, nous parlerons de la résonance et de la façon dont elle affecte la transmission du son et de la lumière.

Résonance des ondes

En physique, une onde est une perturbation qui se déplace à travers un matériau d’un point donné à un autre point. Le matériau, également appelé milieu, peut être de nombreuses choses différentes, notamment de l’eau, de l’air ou des objets. Dans une vague, la perturbation provoque un déplacement temporaire et finalement l’élément revient à l’équilibre.

Une onde stationnaire est une onde associée à une résonance. Les ondes stationnaires sont le résultat de deux ondes distinctes ayant des fréquences correspondantes et se déplaçant selon des trajectoires opposées qui interfèrent les unes avec les autres au sein du même milieu. Lorsque cela se produit, il y a une augmentation marquée de l’amplitude des oscillations de l’objet. Les ondes stationnaires ne semblent pas se déplacer et semblent osciller sur place. Les vagues stationnaires comportent deux points le long de la vague qui ne bougent pas. Ces nœuds sont des points qui ne sont pas déplacés et dont l’emplacement ne change pas. Les points médians entre chaque nœud sont les points où l’onde stationnaire a la plus grande amplitude sur le milieu, appelés ventres.

Un exemple courant d’onde stationnaire est l’onde créée en pinçant la corde d’un instrument à cordes, comme une guitare. Lorsqu’une corde musicale est pincée, les ondes se déplacent à travers la corde selon des trajectoires opposées. Chaque extrémité de la chaîne est maintenue en place, créant ainsi un nœud à chaque extrémité.

Exemple d’onde stationnaire où les points rouges sont des nœuds.

Dessin au trait d'une onde stationnaire, avec des nœuds marqués, faisant partie de la résonance des ondes


Il existe divers exemples de résonance dans le monde réel. Ces exemples sont marqués par une augmentation visible de l’amplitude lorsque l’objet est exposé à sa fréquence de résonance. Ces exemples incluent la résonance dans les circuits RLC, les instruments de musique et les ondes lumineuses.

Résonance dans les circuits RLC

Un circuit RLC est un circuit composé des composants de base d’une résistance (R), d’une inductance (L) et d’un condensateur (C) reliés en série. La résistance est le degré d’opposition au flux de courant, tandis qu’un inducteur est un conducteur passif qui stocke l’énergie sous forme d’énergie magnétique. Les condensateurs sont constitués de deux conducteurs proches mais isolés l’un de l’autre et stockent fonctionnellement l’énergie électrique. Les trois composants R, L et C sont reliés par une source d’énergie.

La résonance se produit dans le cas d’un circuit RLC lorsque l’induction et la capacité sont de même ampleur, mais s’annulent l’une l’autre. Lors de la résonance, la plus grande quantité de puissance est transférée.

Résonance dans les instruments de musique

Les instruments créent de la musique en créant des vibrations sous forme d’ ondes sonores. La résonance est utile dans le contexte des instruments de musique car elle amplifie les ondes sonores pour créer des sons plus forts. La résonance est le résultat de la vibration d’un objet après avoir été exposé à des ondes sonores à la fréquence de résonance. Par exemple, lorsque la main d’un batteur frappe un tambour, l’instrument tout entier et l’air qu’il contient vibrent pour créer un son plus fort. Dans les cuivres, les lèvres du musicien créent des vibrations qui sont ensuite amplifiées dans une région de l’instrument, comme dans les boucles d’un cor. Dans la trompette, les doigts du musicien sont disposés de manière à créer une colonne d’air qui correspond à certaines des fréquences produites par les lèvres du musicien. La colonne d’air amplifie le son spécifique.

De même, le corps d’un violon est le résonateur, ou la partie de l’instrument qui résonne. Le résonateur de l’instrument contribue à créer les caractéristiques du son de l’instrument. Dans les instruments à cordes, comme le violon et la guitare, la corde est positionnée contre un chevalet et les vibrations de la corde se propagent le long du chevalet jusqu’au corps creux où le son résonne. Les ondes sonores quittent le corps par les trous sonores et se propagent dans l’air ambiant.

Le corps du violon lui sert de résonateur

Photographie d'un violon, montrant le corps, où se produit la résonance

Résonance des ondes lumineuses

Une onde lumineuse est une onde électromagnétique qui se déplace dans un milieu. Lorsqu’une onde lumineuse frappe un objet, celui-ci se met à vibrer. Si la fréquence à laquelle l’onde lumineuse frappe l’objet ne correspond pas à la fréquence de résonance de l’objet, l’objet ne vibrera que pendant une courte période avec une faible amplitude. Une inadéquation entre la fréquence de l’onde lumineuse et la fréquence de résonance de l’objet entraîne une transmission et une réflexion de la lumière. En réflexion lumineuse, l’onde lumineuse provoque une courte vibration puis le matériau réémet l’onde lumineuse. La transmission se produit dans des objets transparents, où l’onde lumineuse passe de l’autre côté du matériau.

Lorsqu’une onde lumineuse correspond à la fréquence de résonance de l’objet, l’onde lumineuse est absorbée. En absorption, la fréquence de l’onde lumineuse correspond à la fréquence à laquelle les électrons qui composent cet objet vibrent. Cette lumière n’est pas réfléchie par les yeux et ne fait donc pas partie de la couleur de l’objet visible par les humains. De nombreux objets sont constitués d’atomes qui absorbent, réfléchissent et transmettent diverses fréquences de lumière. Une boule bleue, par exemple, absorbe les ondes lumineuses rouges, oranges, jaunes, vertes, indigo et violettes et réfléchit les ondes lumineuses bleues vers les yeux.

Une boule bleue reflète les ondes de lumière bleue et apparaît donc bleue.

Boule bleue réfléchissant les ondes de lumière bleue dans le cadre de la résonance des ondes lumineuses.


La résonance est un phénomène en physique où une fréquence spécifique de vibration amène un objet proche à augmenter l’amplitude à laquelle il vibre. L’amplitude est la plus grande distance parcourue par un objet vibrant depuis son équilibre. Cette leçon définit la fréquence de résonance comme la fréquence à laquelle un objet vibre naturellement, également appelée fréquence naturelle. La définition de la résonance indique qu’elle est provoquée par l’exposition d’un objet à sa fréquence de résonance et entraîne une amplification des vibrations de l’objet. Une vibration plus petite et plus faible dans un objet initial peut entraîner une vibration avec résonance beaucoup plus importante. Une onde est une perturbation qui se déplace à travers un milieu, ou un matériau, d’un endroit à un autre. Une onde stationnaire se produit lorsque deux ondes distinctes de fréquences correspondantes, se déplaçant sur des trajectoires opposées, interfèrent l’une avec l’autre. Les ondes stationnaires ont des nœuds, des points le long de l’onde qui ne sont pas déplacés, et des ventres, là où l’onde stationnaire a la plus grande amplitude.

La résonance se produit dans les circuits RLC où l’induction et la capacité ont la même ampleur et s’annulent. La résonance se produit dans les instruments de musique où les ondes sonores sont amplifiées pour créer des sons forts. Dans le cas d’une trompette, les lèvres du musicien créent des vibrations qui sont amplifiées par une colonne d’air à l’intérieur de la trompette pour créer un son spécifique. La partie d’un instrument qui résonne s’appelle le résonateur. La résonance se produit également dans les ondes lumineuses, qui sont des ondes électromagnétiques qui se déplacent également à travers un milieu. Une inadéquation entre la fréquence de l’onde lumineuse et la fréquence de résonance de l’objet qu’elle frappe entraîne une réflexion et une transmission. Lorsque la fréquence d’une onde lumineuse correspond à la fréquence de résonance de l’objet qu’elle frappe, une absorption se produit. Si toutes les fréquences de l’onde lumineuse correspondent à la fréquence de résonance de l’objet, l’onde lumineuse sera complètement absorbée.


Fréquence de résonance

Nous savons déjà que les ondes proviennent de vibrations. Les ondes sonores proviennent des vibrations mécaniques des solides, des liquides et des gaz. Les ondes lumineuses proviennent de la vibration de particules chargées.

Les objets, les particules chargées et les systèmes mécaniques ont généralement une certaine fréquence à laquelle ils ont tendance à vibrer. C’est ce qu’on appelle leur fréquence de résonance, ou leur fréquence naturelle.

Certains objets ont deux fréquences de résonance ou plus. Vous savez, lorsque vous conduisez sur une route cahoteuse et que votre voiture commence à rebondir? Votre voiture oscille à sa fréquence de résonance ; ou vraiment, la fréquence de résonance des amortisseurs. Vous remarquerez peut-être que lorsque vous voyagez dans un bus, la fréquence de rebond est un peu plus lente. C’est parce que les amortisseurs du bus ont une fréquence de résonance plus faible.

Lorsqu’une onde sonore ou lumineuse frappe un objet, celui-ci vibre déjà à une fréquence particulière. Si cette fréquence correspond à la fréquence de résonance de l’objet qu’elle frappe, vous obtiendrez alors ce qu’on appelle la résonance. La résonance se produit lorsque l’amplitude des oscillations d’un objet est augmentée par les vibrations correspondantes d’un autre objet.

Cette relation est difficile à imaginer sans exemple. Explorons donc plus en détail le sujet de la résonance dans le contexte des ondes lumineuses.

Transmission et résonance des ondes lumineuses

Prenons une onde lumineuse typique. Nous dirons que c’est un flux de lumière blanche qui vient du soleil. Et prenons un objet sombre, comme un serpent rat occidental rampant dans votre jardin.

Les molécules présentes dans la peau du serpent ont un ensemble de fréquences de résonance. Autrement dit, les électrons des atomes ont tendance à vibrer à certaines fréquences.

La lumière provenant du soleil est une lumière blanche. Ainsi, il n’y a pas qu’une mais plusieurs fréquences d’onde. Il a des fréquences de rouge et vert, bleu et jaune, orange et violet. Chacune de ces fréquences frappe la peau du serpent.

Et chaque fréquence fait vibrer un électron différent. La fréquence jaune résonne avec les électrons dont la fréquence de résonance est jaune. La fréquence bleue résonne avec les électrons dont la fréquence de résonance est bleue. Ainsi, la peau du serpent, dans son ensemble, résonne avec la lumière du soleil.


Le serpent apparaît noir car sa peau absorbe toutes les fréquences de la lumière du soleil.
Exemple de serpent à ondes lumineuses

Lorsque les ondes lumineuses entrent en résonance avec un objet, elles font vibrer les électrons avec des amplitudes élevées. L’énergie lumineuse est absorbée par l’objet et nous ne voyons pas du tout cette lumière revenir vers nous. L’objet apparaît noir. Puisqu’un serpent ratier occidental absorbe toutes les fréquences de la lumière du soleil, il apparaît alors comme un serpent noir.

Que se passe-t-il si un objet n’absorbe pas la lumière du soleil? Et si aucun de ses électrons ne résonnait avec les fréquences lumineuses? Si la résonance ne se produit pas, vous obtiendrez alors une transmission, le passage d’ondes lumineuses à travers un objet.


Le verre semble transparent car il n’absorbe pas la lumière du soleil.
Exemple de verre à ondes lumineuses

La lumière provoque toujours des vibrations des électrons. Mais comme elles ne correspondent pas aux fréquences de résonance des électrons, les vibrations sont très faibles et passent d’atome en atome tout au long de l’objet. Un objet sans résonance présenterait une absorption nulle et une transmission à 100 %. Ainsi, l’objet dans ce cas ne serait pas blanc ; ce serait clair, comme du verre ou de l’eau.

Nous parlerons davantage de la transmission et de l’absorption dans une leçon ultérieure. Pour l’instant, changeons de sujet et parlons du fonctionnement de la résonance dans les ondes sonores.

Musique et résonance des ondes sonores

La résonance pour le son fonctionne de la même manière que pour la lumière. Lorsqu’un objet vibre à la fréquence de résonance d’un deuxième objet, le premier objet fait vibrer le second avec une amplitude élevée.

Disons que vous allez jouer de la trompette. Vous appuyez vos lèvres sur l’embouchure de la trompette et préparez vos doigts. Lorsque vous jouez, vos lèvres vibrent contre l’embout buccal, créant tout un ensemble d’ondes sonores de faible amplitude à de nombreuses fréquences différentes. Les sons de vos lèvres sont très doux, donc personne ne les entend vraiment. Mais l’une de ces fréquences que vous produisez entrera en résonance avec les molécules d’air à l’intérieur de la trompette.

Lorsque vous réglez vos doigts pour jouer une note, vous créez une colonne d’air qui mesure une certaine longueur et largeur. Cette colonne d’air a sa propre fréquence de résonance et correspond à l’une des fréquences provenant de vos lèvres. L’énergie de vos vibrations est absorbée par la colonne d’air. Il est amplifié par la colonne d’air et produit un son fort. Si vous modifiez votre doigté, la colonne se réinitialise et vous disposez désormais d’une fréquence de résonance différente à laquelle correspondre.

La résonance fait tellement augmenter l’amplitude de cette fréquence que les gens entendent un son fort et monofréquence provenant de votre trompette. Ce son n’est qu’une des nombreuses fréquences que vous produisez. Mais c’est le seul qu’on entend car c’est le seul qui est amplifié par sa résonance avec la colonne d’air.


La résonance augmente l’amplitude de la fréquence, ce qui provoque l’émission du son.
Exemple de klaxon à fréquence de résonance

Avez-vous déjà essayé de faire chanter un verre à vin? Vous pouvez le faire simplement en mouillant votre doigt et en le faisant glisser sur le bord du verre. Le mouvement provoque de petites vibrations car votre doigt colle et glisse sur le verre selon un motif alterné.

L’effet slip-stick crée de nombreuses fréquences d’ondes sonores, dont l’une résonnera avec le verre à vin lui-même. Une sonnerie claire sort du verre, un son qui est identique à la fréquence de résonance du verre. Certaines personnes peuvent utiliser ces sons pour créer de la belle musique !

Maintenant, si vous le souhaitez, vous pouvez essayer de briser le verre avec votre voix ! Trouvez simplement la fréquence de résonance, chantez la note aussi fort et clairement que possible et attendez que le verre à vin se brise. Les vibrations de haute amplitude que vous créez avec votre voix provoqueront des vibrations encore plus élevées dans le verre. À un moment donné, le verre vibrera tellement qu’il ne pourra plus conserver sa forme. Les vibrations déformeront le verre au point de le casser, et vous pourrez impressionner vos amis avec vos talents ! Assurez-vous simplement de ramasser le verre brisé par la suite.

Résumé de la leçon

Le principe de résonance affecte la façon dont nous percevons les ondes sonores et lumineuses. Tous les objets possèdent une fréquence naturelle ou de résonance à laquelle ils ont tendance à vibrer. Lorsque les vibrations d’un objet correspondent à la fréquence de résonance d’un autre objet, on dit que les deux résonnent car le premier objet amplifie les vibrations du deuxième objet.

La résonance des ondes lumineuses entraîne l’absorption de la fréquence lumineuse. Lorsqu’aucune résonance n’est présente, la lumière est transmise à travers l’objet. Pour les ondes sonores, la résonance se traduit par un son fort qui correspond à la fréquence de résonance de l’instrument. Dans les deux cas, la résonance est toujours provoquée par le fait qu’un objet vibre à la fréquence de résonance d’un autre.

Résultats d’apprentissage

Suite à cette leçon, vous serez capable de :

  • Définir la résonance et la fréquence de résonance
  • Expliquez pourquoi certains objets apparaissent noirs, tandis que d’autres sont clairs, en raison de la résonance
  • Décrire comment les sons forts sont créés à l’aide de la résonance


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