L′effet Doppler-Fizeau est le décalage entre la fréquence de l'onde émise et de l'onde reçue lorsque l'émetteur et le récepteur sont en mouvement l'un par rapport à l'autre. Cet effet fut découvert par Christian Doppler sur les sons en 1845, et par Hippolyte Fizeau sur les ondes électromagnétiques en 1848. On le désigne parfois simplement sous le nom d′effet Doppler.

Ceci explique que la hauteur du bruit du moteur d'une voiture, ou d'une sirène d'un véhicule d'urgence, est différent selon que l'on est dedans (l'émetteur est à immobile par rapport au récepteur), que le véhicule se rapproche (le son est plus aigu) ou qu'il séloigne (le son est plus grave).

Cet effet est utilisé pour mesurer la vitesse avec les cinémomètres et les radars, ou bien pour des examens médicaux (notamment en cardiologie). Il explique aussi le phénomène de décalage vers le rouge (red shift) en astronomie.

Table of contents

1 Explication empirique 2 Formulation physique 2.1 Effet Doppler-Fizeau galiléen 2.2 Effet Doppler-Fizeau relativiste

Explication empirique

Une personne est debout dans l'eau, au bord du rivage de la mer. Des vagues lui arrivent sur les pieds toutes les dix secondes. La personne marche, puis cours en direction du large : elle va à la rencontre des vagues, celles-ci l'atteignent avec une fréquence plus élévée (par exemple toutes les huit secondes, puis toutes les cinq secondes). La personne fait alors demi-tour et marche puis cours en direction de la plage ; les vagues l'atteignent avec une fréquence moins élevée, par exemple toutes les douze, puis quinze secondes.

Il est à noter que la fréquence des vagues ne dépend pas du mouvement de la personne par rapport à l'eau (notamment est indépendante de la présence ou non d'un courant), mais du mouvement de la personne par rapport à l'émetteur des vague (en l'occurence un lieu au large où le courant s'oppose au vent).

De manière symétrique, on peut imaginer une source mobile de vagues, par exemple un aéroglisseur donc le jet d'air générerait des vagues à une fréquence régulière. Si l'aéroglisseur se déplace dans une direction, alors les vagues sont plus resserrées vers l'avant du mouvement et plus espacées vers l'arrière du mouvement ; sur un lac fermé, les vagues frapperont la berge à des fréquences différentes.

Formulation physique

Effet Doppler-Fizeau galiléen

Supposons que l'émetteur et le récepteur déplacent sur une droite, munie d'un référentiel galiléen. Appelons v_e la vitesse algébrique de l'émetteur et v_r celle du récepteur ; v est la vitesse de l'onde.

le Si f₀ est la fréquence de l'onde dans le référentiel de la source, alors le récepteur va recevoir une donde de fréquence f_a