Pourquoi un avion passant le mur du son fait-il 'bang' ?

Un avion en plein vol fait vibrer l'air qui l'entoure. Ces vibrations forment des ondes acoustiques qui se propagent tout autour de lui jusqu'au sol. En vitesse subsonique, c'est-à-dire lorsque l'avion est plus lent que le son qu'il produit, les vibrations de l'air se propagent vers l'avant de l'avion. Et dans ces conditions, aucun phénomène particulier ne se produit : on commence à percevoir le bruit émis par un avion avant qu'il ne passe au dessus de nos têtes.

À vitesse transsonique, c'est-à-dire lorsque la vitesse de l'avion est égale à celle du son, l'avion se déplace en même temps que l'onde qu'il produit. Les vibrations de l'air s'accumulent sur le nez de l'avion. Ainsi, sur le nez, une superonde résultant de la somme des ondes émises produit une énorme décompression : l'air fait donc défaut à cet endroit et l'appareil doit produire un surcroît d'accélération pour dépasser ce '' mur du son ''.

À vitesse supersonique, la vitesse critique du son étant dépassée par l'avion, les vibrations acoustiques forment un cône de choc derrière l'avion (dont le sinus du demi-angle teta au sommet est égal au rapport entre la vitesse du son et celle de l'avion). L'avion précède le bruit qu'il produit, on ne l'entend que trop tard : après son passage. Lorsque deux ondes acoustiques passent successivement au même endroit, les deux surpressions sont tellement rapprochées que l'énergie accumulée dans l'air n'a pas le temps de se dissiper et provoque une élévation de température. Or les ondes se propagent plus vite dans l'air chaud. Les ondes vont accélérer et rattraper le premier front. La variation cumulée de pression sur ce front (addition des surpressions) va devenir très importante et brutale : c'est l'onde de choc dont la puissance provoque un grand '' bang '' et peut même briser des vitres.
Le cône de choc se déplace avec l'avion. Ainsi, sur toute la distance parcourue par l'avion en vitesse supersonique, on entendra le '' bang '' (et pas seulement lors du franchissement du mur du son). Le passage à Mach 2 (deux fois la vitesse du son) ne provoque pas d'autre '' bang ''.

Complement internaute :
À enfin, le phénomène est bien plus fort lorsque l'avion vole au dessus de son propre cri, c'est-à-dire quand il atteint une vitesse de Mach 4. Dans ce cas, le phénomène est dû à une seconde source d'ondes : les ondes produites par la vitesse de l'avion à proximité de sa propre surface d'émission. Lorsque l'avion vole au dessus de son propre cri, il produit des ondes émises à des vitesses de Mach 5 et d'autres ondes produites par la vitesse de l'avion à proximité de sa propre surface d'émission. Les ondes produites par la vitesse de l'avion viennent heurter l'onde émise par l'avion lui-même. Afin de visualiser cela, nous devons imaginer un trou dans l'air, en plein milieu.