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Physique-chimie · 4e

Signaux sonores et santé : exercices corrigés de 4e

Publié le 12 novembre 2026 · Mis à jour le 12 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Un son se propage à vitesse finie : distance = vitesse × durée, donc durée = distance ÷ vitesse.
  • Pour un écho (sonar), le son fait un aller-retour : on divise la distance parcourue par 2.
  • Le bruit excessif nuit à la santé : irritabilité, insomnie, troubles de l'audition, hypertension, hyperacousie 5.
  • En Europe, une personne sur trois est exposée le jour à un bruit nuisible, une sur cinq la nuit 5.
  • Des lois limitent le volume sonore ; on peut aussi insonoriser les logements trop exposés 5.

Comment utiliser ces exercices

Ces exercices s'appuient sur deux idées du chapitre « Des signaux pour observer et communiquer ». La première : un signal sonore transporte une information, et on peut l'exploiter pour mesurer, par exemple une distance, grâce à la relation entre distance, vitesse et durée 1. La seconde : un son trop fort ou trop présent devient une nuisance, la pollution sonore, qui touche la qualité de vie et la santé 5.

Les exercices

Exercice 1 La distance d'un orage

★☆☆Environ 6 min

Pendant un orage, Inès voit un éclair, puis elle entend le tonnerre 6 s plus tard. On considère que la lumière arrive instantanément et que le son se propage dans l'air à 340 m/s.

Calcule la distance, en mètres, entre Inès et l'endroit de l'éclair.

Indice 1

Le temps mesuré est celui que met le son pour arriver jusqu'à Inès.

Indice 2

Utilise d=v×td = v \times t.

Voir la correction pas à pas

  1. On cherche une distance dd ; on connaît la vitesse v=340v = 340 m/s et la durée t=6t = 6 s.

  2. On écrit la relation : d=v×td = v \times t.

  3. On calcule : d=340×6=2040d = 340 \times 6 = 2040 m.

  4. L'éclair s'est produit à environ 2 040 m, soit un peu plus de 2 km.

Le tonnerre est un signal sonore qui permet d'évaluer une distance, ce que le programme cite parmi ses exemples concrets 4.

Exercice 2 Quels effets viennent du bruit ?

★☆☆Environ 6 min

Parmi les propositions suivantes, indique celles qui sont des conséquences possibles d'une exposition trop forte au bruit sur la santé humaine :

  • a. l'insomnie
  • b. l'hypertension
  • c. une meilleure vue
  • d. des problèmes d'audition
  • e. l'irritabilité
  • f. la croissance des cheveux
Indice 1

Pense au sommeil, à l'humeur, à l'oreille et au cœur.

Indice 2

La vue et la pousse des cheveux ne dépendent pas du bruit.

Voir la correction pas à pas

  1. On repère les effets liés au système nerveux : l'insomnie (a) et l'irritabilité (e) en font partie 5.

  2. On repère les effets sur la circulation : l'hypertension (b) est une conséquence possible 5.

  3. On repère les effets sur l'oreille : les problèmes d'audition, jusqu'à la surdité passagère ou définitive (d) 5.

  4. On écarte (c) et (f) : aucun lien avec le bruit n'existe pour la vue ou les cheveux.

  5. Réponse : a, b, d et e.

Le bruit n'est pas seulement gênant : il peut abîmer l'audition et perturber le sommeil, le cœur et l'humeur 5.

Exercice 3 Combien de personnes exposées ?

★★☆Environ 10 min

D'après l'OMS, dans la journée, un Européen sur trois vit avec un bruit capable de nuire à sa santé. La nuit, c'est un sur cinq 5.

On imagine une ville de 90 000 habitants où ces proportions se vérifient.

  1. Calcule combien d'habitants sont concernés le jour.
  2. Calcule combien d'habitants sont concernés la nuit.
  3. Combien de personnes de plus sont concernées le jour que la nuit ?
Indice 1

« Un sur trois » signifie 13\dfrac{1}{3} de la population.

Indice 2

Calcule les deux effectifs, puis soustrais-les.

Voir la correction pas à pas

  1. Le jour, la fraction concernée est 13\dfrac{1}{3} : 13×90 000=30 000\dfrac{1}{3} \times 90\,000 = 30\,000 habitants.

  2. La nuit, la fraction concernée est 15\dfrac{1}{5} : 15×90 000=18 000\dfrac{1}{5} \times 90\,000 = 18\,000 habitants.

  3. On soustrait : 30 000−18 000=12 00030\,000 - 18\,000 = 12\,000.

  4. Il y a 12 000 personnes de plus concernées le jour que la nuit.

Ce calcul sert de modèle : les chiffres de l'OMS sont des proportions, et une fraction d'un effectif se calcule par une multiplication.

Exercice 4 Combien de temps entre l'éclair et le tonnerre ?

★★☆Environ 8 min

Un éclair frappe un arbre situé à 1 020 m de Karim. La lumière arrive instantanément ; le son se propage à 340 m/s.

Calcule la durée, en secondes, qui sépare l'éclair du moment où Karim entend le tonnerre.

Indice 1

Il faut isoler tt dans la relation entre distance, vitesse et durée.

Indice 2

Divise la distance par la vitesse.

Voir la correction pas à pas

  1. On cherche la durée tt ; on connaît d=1 020d = 1\,020 m et v=340v = 340 m/s.

  2. On transforme la relation d=v×td = v \times t en t=dvt = \dfrac{d}{v}.

  3. On calcule : t=1 020340=3t = \dfrac{1\,020}{340} = 3 s.

  4. Karim entend le tonnerre 3 s après avoir vu l'éclair.

Plus l'orage est loin, plus la durée entre l'éclair et le tonnerre est longue : on le retrouve avec la relation entre distance, vitesse et durée 1.

Exercice 5 Peut-on se fier à une application de mesure ?

★★☆Environ 10 min

Léa veut mesurer le bruit de sa rue avec une application sur smartphone. Son professeur lui explique qu'en 2014, un institut américain de santé au travail a étudié 192 applications de ce type 5.

  1. Pourquoi mesurer le bruit d'un lieu est-il utile pour la santé ?
  2. Léa peut-elle accorder la même confiance à toutes les applications ? Propose une façon de vérifier une application.
Indice 1

Pense aux effets d'un bruit trop fort et prolongé.

Indice 2

Si on a étudié l'efficacité de 192 applications, c'est qu'elles ne se valent peut-être pas.

Voir la correction pas à pas

  1. Mesurer le niveau sonore permet de savoir si on est exposé à un bruit nuisible, car un bruit excessif peut abîmer l'audition et le sommeil 5.

  2. Des applications existent pour réaliser ces mesures, de façon comparable à un sonomètre autonome 5.

  3. Si un institut a examiné l'efficacité de 192 applications, c'est que leur fiabilité doit être contrôlée 5.

  4. Pour vérifier une application, on compare sa valeur à celle d'un sonomètre, au même endroit et au même moment ; un écart important montre qu'elle est peu fiable.

Une mesure n'a de valeur que si l'instrument est fiable : on le vérifie en le comparant à un appareil de référence.

Exercice 6 La profondeur avec un sonar

★★★Environ 12 min

Un bateau envoie un signal sonore vers le fond de la mer. Le signal se réfléchit et revient au bateau après 0,5 s. On donne la vitesse du son dans l'eau de mer : 1 500 m/s.

  1. Calcule la distance totale parcourue par le son.
  2. En déduis la profondeur de l'eau sous le bateau, en mètres.
Indice 1

Le son fait un aller-retour : bateau, fond, bateau.

Indice 2

La profondeur correspond à un seul trajet, donc à la moitié de la distance totale.

Voir la correction pas à pas

  1. La durée mesurée, 0,5 s, correspond à l'aller et au retour du signal.

  2. Distance totale : d=v×t=1 500×0,5=750d = v \times t = 1\,500 \times 0{,}5 = 750 m.

  3. Le fond se trouve au milieu du trajet : profondeur =7502=375= \dfrac{750}{2} = 375 m.

  4. La mer fait environ 375 m de profondeur sous le bateau.

Le sonar est l'un des dispositifs concrets que le programme associe aux signaux sonores 4 : il transforme une durée mesurée en distance.

Exercice 7 Protéger les habitants du bruit

★★★Environ 12 min

Une commune accueille un concert en plein air, près d'une route et d'un quartier d'habitation. Le maire veut limiter la gêne et protéger la santé des riverains.

  1. Cite deux mesures que la commune peut prendre.
  2. Explique pourquoi il peut être utile de cartographier le bruit avant de décider.
  3. Pourquoi une mesure plus stricte la nuit peut-elle se justifier ?
Indice 1

Pense au volume du concert et aux logements exposés.

Indice 2

Rappelle-toi la proportion de personnes exposées la nuit selon l'OMS.

Voir la correction pas à pas

  1. Première mesure : limiter le volume sonore pendant le concert, avec parfois un seuil maximal qui varie selon l'heure 5.

  2. Deuxième mesure : insonoriser ou protéger les logements soumis à un bruit excessif 5.

  3. Une cartographie du bruit montre où le bruit est le plus fort, donc où agir en priorité ; plusieurs pays imposent d'ailleurs ce type d'étude 5.

  4. La nuit, une personne sur cinq en Europe est exposée à un bruit assez fort pour la rendre malade, et l'insomnie fait partie des effets du bruit : un seuil plus bas la nuit protège le sommeil 5.

Agir sur le bruit combine plusieurs leviers : réduire la source, protéger les personnes exposées et mesurer pour décider.

Exercice 8 Estimer l'exposition nocturne

★★★Environ 10 min

Dans une région d'Europe, 45 000 personnes vivent dans des zones comparables à la moyenne européenne. On rappelle que, la nuit, une personne sur cinq est exposée à un bruit pouvant la rendre malade 5.

  1. Calcule le nombre de personnes exposées la nuit.
  2. Une mesure d'insonorisation protège 2 000 de ces personnes. Combien restent exposées ?
Indice 1

Commence par 15\dfrac{1}{5} de 45 000.

Indice 2

Soustrais ensuite le nombre de personnes protégées.

Voir la correction pas à pas

  1. Personnes exposées la nuit : 15×45 000=9 000\dfrac{1}{5} \times 45\,000 = 9\,000.

  2. Personnes protégées par la mesure : 2 000.

  3. Personnes encore exposées : 9 000−2 000=7 0009\,000 - 2\,000 = 7\,000.

  4. Il reste 7 000 personnes exposées malgré la mesure.

Un chiffre de santé publique se traduit en effectifs par un calcul de proportion, ce qui permet de mesurer l'effet d'une mesure de protection.

Les questions qu'on se pose

Pourquoi divise-t-on par 2 dans l'exercice du sonar ?

Le signal part du bateau, touche le fond, puis revient. La durée mesurée couvre deux trajets. Le produit v×tv \times t donne donc la distance aller-retour, et la profondeur vaut la moitié.

Le bruit est-il vraiment dangereux pour la santé ?

Oui, quand il est trop fort ou trop fréquent. Il peut provoquer irritabilité, insomnie, problèmes d'audition, hypertension et hyperacousie 5. En Europe de l'Ouest, il arrive en deuxième place des facteurs environnementaux de maladie, derrière la pollution de l'air 5.

Sources

Programme visé : Des signaux pour observer et communiquer — Physique-Chimie, Cycle 4 (4e) · Ministère de l'Éducation nationale (Bulletin officiel)

  1. Des signaux pour observer et communiquer — Physique-Chimie, Cycle 4 (4e), Ministère de l'Éducation nationale (Bulletin officiel). Consulté le 12 novembre 2026.
  2. Propagation des sons et signaux — Ressources pédagogiques pour la classe de 4e, Éduscol. Consulté le 12 novembre 2026.
  3. Des signaux pour observer et communiquer — Progression et activités d'investigation, Éduscol. Consulté le 12 novembre 2026.
  4. Physique-Chimie — Aide à la construction d'une progression cycle 4, Éduscol. Consulté le 12 novembre 2026.
  5. Pollution sonore, Wikipédia. Consulté le 12 novembre 2026.

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