La vitesse du son et le nombre de Mach – Cours aérodynamique BIA
Le nombre de Mach, noté M, compare la vitesse d’un aéronef à celle du son dans l’air où il vole : M=V/a. Ce cours du module 2 du programme BIA (aérodynamique, aérostatique et principes du vol, désigné épreuve E2 dans la préparation Horizon BIA) reprend la page 16 du support : la définition du Mach et sa formule, la valeur de Mach 1, les régimes de vol, le bang sonique et l’exemple du Concorde.
À l’examen, ce module est évalué dans l’épreuve écrite unique de deux heures trente, un QCM de 120 questions noté sur 20 et affecté d’un coefficient 5 . Dans le programme officiel, « Mach » apparaît au thème 2.1 (l’étude de la polaire), et la page pilier Aérodynamique BIA situe ce cours en dernière position du parcours du module, après l’étude des aérostats et avant le vol spatial (thème 2.4).
Objectifs d’apprentissage – à la fin de ce cours, vous saurez :
- définir le nombre de Mach et écrire la formule M=V/a ;
- connaître la valeur de Mach 1 (environ 1 235 km/h au niveau de la mer) et expliquer pourquoi la vitesse du son varie avec la température ;
- distinguer les régimes subsonique, transsonique, supersonique et hypersonique ;
- expliquer le bang sonique et ses effets ;
- citer des exemples d’aéronefs supersoniques et hypersoniques (Concorde, X-43 de la NASA).
Prérequis : le cours Comprendre l’atmosphère (silo météo) décrit la température de l’air qui conditionne la vitesse du son, et le cours La polaire montre l’influence du Mach sur les performances de l’aile .
Quiz 1 – Testez-vous avant de commencer (6 questions, format BIA)
📅 Mis à jour le 9 août 2026 — conforme au programme officiel (BO n° 11 du 12 mars 2015).
Avant de commencer
Répondez sans relire le cours. Le but est de repérer ce que vous savez déjà.
Question 1 sur 10
Sommaire
- Qu’est-ce que le nombre de Mach ?
- La vitesse du son : une valeur qui n’est pas constante
- Les quatre régimes de vol autour de la vitesse du son
- Le bang sonique
- Le Concorde, l’avion de ligne supersonique
- Le X-43 de la NASA : le record hypersonique
- Erreurs fréquentes et pièges au BIA
- Points essentiels à retenir
- FAQ
- Sources
Cette capsule vidéo, Vitesse Mach en Aéronautique : Comprendre la Course au Supersonique et au-delà ! (chaîne Horizon BIA), introduit la notion de Mach et les enjeux du vol à très grande vitesse. Les sections ci-dessous développent la formule M=V/a, les régimes de vol, le bang sonique et les exemples exigés par l’examen.
Qu’est-ce que le nombre de Mach ?
Le nombre de Mach est le rapport entre la vitesse de l’aéronef et la vitesse du son dans l’air où il évolue : c’est un nombre sans unité qui mesure la vitesse « par rapport au son ».
La formule s’écrit M=V/a, avec V la vitesse de l’aéronef et a la vitesse du son dans l’air considéré (NASA Glenn, Mach Number, 2026). Mach 1 signifie que l’avion vole à la vitesse du son, Mach 2 deux fois plus vite, Mach 0,5 deux fois moins vite. Contrairement au km/h, le Mach n’est donc pas une vitesse absolue mais un rapport .
La vitesse du son n’est pas constante : elle change avec la température de l’air. C’est pourquoi le Mach reste le repère le plus fidèle pour les vols rapides, quelle que soit l’altitude : il décrit directement le comportement aérodynamique de l’avion.
La vitesse du son : une valeur qui n’est pas constante
Au niveau de la mer, la vitesse du son vaut environ 1 235 km/h (support p.16), soit environ 340 m/s à 15 °C en atmosphère standard. Mais en altitude, l’air est plus froid et le son s’y propage moins vite.
La vitesse du son dépend de la température de l’air : dans l’air, a ≈ 20 × √T, avec T la température en kelvins (NASA Glenn, Speed of Sound, 2026). En haute altitude, où il fait froid, la vitesse du son diminue : un avion peut donc atteindre Mach 1 à une vitesse en km/h plus faible qu’au niveau de la mer. Le cours Comprendre l’atmosphère détaille la décroissance de température de la troposphère qui explique ce phénomène.
C’est pourquoi les pilotes utilisent le Mach plutôt que les km/h dès que la vitesse devient élevée : le franchissement de Mach 1 ne dépend pas d’une valeur fixe en km/h, mais du rapport M=V/a .
Les quatre régimes de vol autour de la vitesse du son
On classe le vol selon la valeur du nombre de Mach par rapport à 1 : chaque régime a ses phénomènes aérodynamiques propres .
| Régime | Nombre de Mach | Caractéristiques principales | Exemples |
|---|---|---|---|
| Subsonique | M < 1 | Aucune onde de choc : l’air contourne l’avion en continu | Avions de ligne (M 0,85), avions légers |
| Transsonique | M ≈ 1 | Apparition des premières ondes de choc locales, vibrations, forte augmentation de la traînée | Zone proche de Mach 1 |
| Supersonique | 1 < M < 5 | Onde de choc en cône, bang sonique | Concorde (M 2), Rafale (M 1,8), SR-71 (M 3,3) |
| Hypersonique | M ≥ 5 | Températures extrêmes, moteur à combustion supersonique (scramjet) | X-43A de la NASA (M 9,6) |
Les avions de ligne volent en subsonique, autour de Mach 0,85 ; les avions de chasse franchissent Mach 1 lors des manœuvres rapides ; très peu d’appareils ont dépassé Mach 3, et aucun avion opérationnel ne vole en régime hypersonique aujourd’hui.
Le bang sonique
Quand un avion dépasse la vitesse du son, les ondes de pression qu’il crée ne peuvent plus s’échapper vers l’avant : elles s’accumulent et forment une onde de choc en cône, perçue au sol comme un bang sonique .
Le bang n’est pas produit « au moment du passage de Mach 1 » : il accompagne tout le vol supersonique, car le cône de pression suit l’avion tant qu’il dépasse la vitesse du son. Au sol, on entend souvent deux bangs rapprochés, correspondant à l’avant et à l’arrière de l’appareil.
Ce bruit puissant a longtemps limité le vol supersonique au-dessus des terres : c’est l’une des raisons pour lesquelles le Concorde ne passait le mur du son qu’au-dessus de l’océan .
Le Concorde, l’avion de ligne supersonique
Le Concorde, en service de 1976 à 2003, reliait Paris et Londres à New York en environ 3 h 30, à une vitesse de croisière d’environ Mach 2, soit près de 2 150 km/h .
Le frottement de l’air à Mach 2 échauffait la structure : la température du fuselage pouvait monter jusqu’à environ 130 °C, et l’appareil s’allongeait de 20 à 50 cm en vol, ce qui imposait des joints de dilatation spéciaux entre les panneaux.
Retiré du service en 2003, le Concorde reste l’exemple classique du transport supersonique. L’essor des avions à réaction qui a rendu possibles ces machines est retracé dans le cours d’histoire L’ère de l’avion à réaction .
Le X-43 de la NASA : le record hypersonique
Le X-43A de la NASA détient le record de vitesse pour un avion à réaction : environ Mach 9,6, soit près de dix fois la vitesse du son, atteint lors de son troisième vol le 16 novembre 2004 (NASA, galerie X-43A, 2026). À cette vitesse un appareil parcourrait près de 12 000 km en une heure. Il pourrait relier Paris à New York en environ 30 minutes, Tokyo en 49 minutes et Buenos Aires en moins d’une heure.
Ce petit engin sans pilote est propulsé par un statoréacteur à combustion supersonique (scramjet) : il n’a pas de pièces mobiles, il utilise la vitesse de l’appareil pour comprimer l’air entrant (supersonic combustion ramjet). La classification des moteurs est détaillée au cours Connaissances des aéronefs.
Aucun avion de ligne ne vole aujourd’hui en supersonique depuis le retrait du Concorde, et le vol hypersonique commercial reste une perspective de recherche, freinée par la chaleur intense, les matériaux et la consommation d’énergie.
Erreurs fréquentes et pièges au BIA
Les correcteurs retrouvent chaque année les mêmes confusions sur le Mach : les voici, avec le réflexe qui les évite.
- Confondre Mach et vitesse absolue : le Mach est un rapport (M=V/a), pas une vitesse en km/h.
- Croire que Mach 1 vaut toujours la même vitesse en km/h : la vitesse du son varie avec la température (≈ 1 235 km/h au niveau de la mer, moins en altitude).
- Oublier que le nombre de Mach est un nombre sans unité.
- Penser que le bang sonique n’a lieu qu’au moment du franchissement de Mach 1 : il accompagne tout le vol supersonique.
- Confondre transsonique et supersonique : transsonique signifie proche de Mach 1, supersonique signifie au-delà de Mach 1.
- Croire que les avions de ligne sont supersoniques : ils volent en subsonique (M 0,85) ; seul le Concorde a assuré du transport supersonique commercial.
Les QCM du BIA testent surtout la formule M=V/a, la valeur de Mach 1 et les quatre régimes : fixez « M=V/a », « Mach 1 ≈ 1 235 km/h au niveau de la mer », « subsonique M < 1, transsonique M ≈ 1, supersonique 1 < M < 5, hypersonique M ≥ 5 ».
- Le libellé « le nombre de Mach est… » : le rapport de la vitesse de l’aéronef à la vitesse du son.
- Le libellé « Mach 1 correspond… » : à la vitesse du son dans l’air considéré (environ 1 235 km/h au niveau de la mer).
- Le libellé « en haute altitude, la vitesse du son… » : diminue, car l’air y est plus froid.
- Le libellé « un avion qui vole à Mach 2… » : va deux fois plus vite que le son.
- Le libellé « le bang sonique est dû… » : aux ondes de choc créées par l’avion en vol supersonique.
Points essentiels à retenir
Si vous ne retenez qu’une chose de ce cours, retenez ceci.
- Le nombre de Mach est le rapport M=V/a, sans unité : Mach 1 = vitesse du son, Mach 2 = deux fois la vitesse du son.
- Au niveau de la mer, Mach 1 vaut environ 1 235 km/h (≈ 340 m/s à 15 °C) ; la vitesse du son dépend de la température de l’air.
- Quatre régimes : subsonique (M < 1), transsonique (M ≈ 1), supersonique (1 < M < 5), hypersonique (M ≥ 5).
- Le bang sonique accompagne tout le vol supersonique : c’est l’onde de choc en cône créée par l’avion.
- Exemples : avions de ligne M 0,85 ; Rafale M 1,8 ; Concorde ≈ M 2 ; SR-71 M 3,3 ; X-43A M 9,6.
Comprendre le nombre de Mach, c’est comprendre pourquoi un avion ne se juge pas seulement en km/h : à très grande vitesse, c’est la valeur de M=V/a qui décide du régime de vol, des ondes de choc et du bang sonique. Poursuivez avec le cours suivant Le vol spatial (thème 2.4), entraînez-vous sur le quiz du module aérodynamique, ou revenez au pilier Aérodynamique BIA pour la vue d’ensemble du parcours.
Quiz 2 – Testez vos acquis (6 questions, mêmes objectifs que le Quiz 1, formulations différentes)
Après la leçon
Répondez après lecture pour vérifier ce que vous avez retenu.
Question 1 sur 10
FAQ
Les questions les plus fréquentes des candidats BIA sur la vitesse du son et le nombre de Mach.
Qu’est-ce que le nombre de Mach ?
Le nombre de Mach, noté M, est le rapport de la vitesse d’un aéronef à la vitesse du son dans l’air où il vole : M=V/a. C’est un nombre sans unité : Mach 1 signifie que l’avion vole à la vitesse du son, Mach 2 deux fois plus vite, Mach 0,5 deux fois moins vite (NASA Glenn, Mach Number, 2026).
À quelle vitesse correspond Mach 1 ?
Au niveau de la mer, Mach 1 vaut environ 1 235 km/h, soit environ 340 m/s à 15 °C en atmosphère standard (support p.16 ; NASA Glenn, Speed of Sound, 2026). La valeur n’est pas fixe : elle diminue avec la température, donc avec l’altitude.
Pourquoi la vitesse du son change-t-elle avec l’altitude ?
Parce que la vitesse du son dépend de la température de l’air : dans l’air, a ≈ 20 × √T (T en kelvins). En haute altitude, l’air est plus froid et le son s’y propage moins vite : un avion atteint Mach 1 à une vitesse en km/h plus faible qu’au niveau de la mer (NASA Glenn, Speed of Sound, 2026).
Quelle est la différence entre subsonique, transsonique, supersonique et hypersonique ?
Ce sont les quatre régimes de vol classés par le nombre de Mach : subsonique (M < 1), transsonique (M ≈ 1, apparition des ondes de choc), supersonique (1 < M < 5, bang sonique) et hypersonique (M ≥ 5, températures extrêmes). Les avions de ligne volent en subsonique autour de Mach 0,85 .
Qu’est-ce qu’un bang sonique ?
C’est le bruit perçu au sol lorsque l’onde de choc en cône créée par un avion en vol supersonique atteint l’observateur. Le bang accompagne tout le vol supersonique, il n’est pas produit uniquement au moment du franchissement de Mach 1 .
Pourquoi le Concorde a-t-il été retiré du service ?
Le Concorde, en service de 1976 à 2003, volait à environ Mach 2 (près de 2 150 km/h). Son exploitation est devenue trop coûteuse et peu rentable, et le bang sonique interdisait le vol supersonique au-dessus des terres, limitant ses routes. Le dernier vol commercial a eu lieu en 2003 .
Sources
Toutes les sources ci-dessous ont été vérifiées et sont accessibles en ligne (contrôle HTTP le 1er août 2026, cf. note 11 du livrable).
- Programme et niveau des connaissances de l’examen du BIA – Bulletin officiel n° 11 du 12 mars 2015 (thème 2.1, « Étude de la polaire (incidence, finesse, décrochages, Mach) ») : PDF – éduscol STI
- Arrêté du 19 février 2015 relatif au brevet d’initiation aéronautique : PDF – éduscol STI
- éduscol STI – Brevet d’Initiation Aéronautique : sti.eduscol.education.fr (consulté le 1er août 2026)
- ENAC – Préparation au brevet d’initiation à l’aéronautique : enac.fr (consulté le 1er août 2026)
- Aéroclub Marcillac Estuaire – formation BIA : aeroclubmarcillacestuaire.fr – rubrique BIA (consultée le 1er août 2026 ; document de cours « Aérodynamique et mécanique du vol », page 16, transmis avec le brief, non publié en ligne)
- FAA – Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge : faa.gov (consulté le 1er août 2026)
- NASA Glenn – Mach Number : grc.nasa.gov (consulté le 1er août 2026 ; formule M = V/a)
- NASA Glenn – Speed of Sound : grc.nasa.gov (consulté le 1er août 2026 ; a ≈ 20√T)
- Skybrary – Mach Number : skybrary.aero (200 le 1er août 2026, derrière interstitiel de vérification JavaScript – cf. note 10f)
- Skybrary – Sonic Boom : skybrary.aero (200 le 1er août 2026, même réserve)
- NASA – Galerie officielle X-43A (Hyper-X) : images.nasa.gov (consultée le 1er août 2026 ; crédit de l’image X-43A, record d’environ Mach 9,6 le 16 novembre 2004)
- Vidéo « Vitesse Mach en Aéronautique : Comprendre la Course au Supersonique et au-delà ! » – chaîne YouTube Horizon BIA : youtube.com (titre vérifié via oEmbed le 1er août 2026 ; durée et date non disponibles depuis le serveur – cf. note 6)
- OACI — Organisation de l’aviation civile internationale.
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