Lorsqu’on place une poudre sur une plaque en vibration, on observe l’apparition de motifs géométriques, ceux-ci évoluant avec la fréquence de vibration de la plaque. La matérialisation de ces lignes forme les figures dites de Chladni, au nom du savant allemand Ernst Chladni.

Ces motifs dévoilent l’emplacement de lignes nodales, c’est-à-dire de lignes formées des nœuds de vibration, là où les ondes sont destructives et l’amplitude nulle. Ces dernières sont caractéristiques du mode propre excité.

Fonctionnement

Une plaque horizontale est fixée de manière rigide sur un support central. Elle peut être de taille, de forme et d’épaisseur variée. Historiquement, les plaques utilisées par Chladni étaient en métal, mais de nombreux matériaux2 permettent la formation de motifs nets et nombreux.

Une fois la plaque fixée au support, on dispose du sable sur celle-ci puis on la met en vibration, par exemple grâce à un archet que l’on frotte verticalement sur le bord de la plaque. Sous l’excitation de l’archet, la plaque vibre, et le sable se déplace depuis les zones de forte vibration vers les zones où elle est moins forte, voire nulle (respectivement ventres et nœuds de vibration de l’onde stationnaire), formant ainsi des figures de Chladni. La pratique actuelle est de mettre les plaques en vibration par un vibreur de Melde.

Dans le cas du vibreur de Melde, le point central possède une condition sur son mouvement, tandis que la périphérie de ces plaques n’est pas assujettie au support. Elle est donc libre de vibrer5.

En étudiant une même plaque, la modification de la fréquence d’excitation fait apparaitre des figures différentes, de plus en plus complexes, qui correspondent aux modes vibratoires de cette plaque. On peut atténuer la vibration à certains endroits en y posant un doigt, ce qui va rompre en partie le motif. Des nouvelles figures apparaissent lorsqu’on modifie les paramètres de la plaque (forme, taille, épaisseur, etc.).

Il existe une très grande variété de motifs (une infinité) selon les caractéristiques de la plaque et la manière dont on la fait vibrer. Cependant en pratique, on n’observe que 4 à 15 motifs par plaque, car au-dessus d’une certaine fréquence, la plaque vibre trop peu en amplitude pour permettre le déplacement des grains, et alors aucune figure n’apparaît.

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