Impédance
L'impédance est une caractéristique physique d'un système physique, définie comme le rapport d'une grandeur caractérisant une excitation à laquelle il est soumis à celui d'une grandeur caractérisant sa réponse (Dic. Phys.). Le plus souvent, cette notion s'applique à des grandeurs variables, dont l'évolution peut s'étudier selon les méthodes de l'analyse harmonique. On exprime alors la relation entre l'impédance et la fréquence par l’impédance complexe, une expression mathématique en nombre complexe qui indique à la fois l'amplitude et le déphasage de cette réponse.
L'impédance a été définie d'abord dans le domaine de l'électricité par Oliver Heaviside en 1884. Arthur Gordon Webster le reprend pour l'acoustique en 1914[1]. La méthode est ensuite généralisée à d'autres domaines, où elle permet, en présence d'un phénomène périodique, de reprendre les mêmes calculs.
Présentation
D'une manière générale, l'impédance est en dynamique le rapport d'une grandeur de potentiel variable extensive (exemple : force) sur une grandeur de débit intensive résultante (exemple : vitesse), lorsqu'en statique ces grandeurs sont en proportion l'un de l'autre. Exemples de potentiels : force, pression acoustique, tension, température. Exemples de flux : vitesse, vitesse volumique, courant, flux de chaleur.
L'impédance est une fonction de la fréquence de la sollicitation, et peut varier considérablement selon la fréquence. Aux fréquences de résonance, l'impédance sera plus faible, ce qui signifie qu'une quantité moindre de sollicitation est nécessaire pour un déplacement donné. L'exemple le plus simple est lorsqu'un enfant pousse un autre sur une balançoire : pour atteindre l'amplitude d'oscillation la plus grande, la fréquence des poussées doit être proche de la fréquence de résonance du système.
Si le potentiel et les quantités de flux sont mesurés au même point, alors l'impédance est appelée « impédance de point de passage » (en anglais : driving point impedance). Dans le cas contraire, on parle d'« impédance de transfert ».
- La résistance est la partie réelle de l'impédance.
- La réactance est la partie imaginaire de l'impédance.
- L'impédance est l'inverse de la mobilité.
Application
Le concept d'impédance permet d'étudier les systèmes linéaires soumis à des excitations variables sans avoir recours à des équations différentielles[2].
Domaines
En plus de ces domaines, la notion d'impédance thermique s'applique à la transmission de la chaleur, modifiant la résistance thermique pour y inclure la réaction aux régimes transitoires (Dic. Phys.).
Cas particuliers
- Impédance caractéristique d'une ligne de transmission électrique, électromagnétique (guide d'onde) ou acoustique parcourue uniquement par une onde progressive.
- Impédance caractéristique du vide : une constante fondamentale de la physique, application à un vide non borné par des parois du concept d'impédance caractéristique.
- Mesure d'impédance en oto-rhino-laryngologie, pour évaluer l'état mécanique de l'oreille moyenne par une mesure de son impédance acoustique.
- Mesure de bio-impédance électrique du corps pour évaluer soit le débit cardiaque, soit la proportion de tissus adipeux.
Annexes
Bibliographie
- Richard Taillet, Loïc Villain et Pascal Febvre, Dictionnaire de physique, Bruxelles, De Boeck, , p. 348
- (en) Paolo Gardonio et Michael J. Brennan, Mobility and Impedance Methods in Structural Dynamics: An Historical Review, (lire en ligne)
Concepts connexes
Références
- Cet article est partiellement ou en totalité issu de l'article intitulé « Impédance mécanique » (voir la liste des auteurs).
- (en) Arthur Gordon Webster, « Acoustical impedance and the theory of horns and of the phonograph », Proceedings of the National Academy of Sciences, que cite Gardonio et Brennan 2000, p. 2.
- Gardonio et Brennan 2000, p. 2.
