Atténuation

L'atténuation est « le rapport des valeurs de grandeurs de même nature à l'entrée et à la sortie d'un dispositif ou d'un système[1]. »

atténuation = (valeur efficace en entrée) ÷ (valeur efficace en sortie)

Ce rapport s'exprime souvent en décibels[2]. Dans ce cas, la grandeur pertinente est implicitement la puissance et on considère la valeur efficace. L'atténuation est l'inverse du gain. On parle d'atténuation pour un gain inférieur à 1, s'il est exprimé en rapport, ou négatif, s'il est exprimé en décibels.

Dans un circuit électronique, analysé comme un quadripôle, on parle d'atténuation dans le contexte du traitement du signal, lorsque

1. le signal en sortie s'exprime dans la même grandeur (tension ou courant) que celle de l'entrée ;
2. le rapport entre la puissance du signal de sortie et celle du signal d'entrée est inférieur à 1 ;
3. ce rapport est indépendant de la fréquence dans le domaine considéré.

Dans les autres cas, on se réfère, plus généralement, à la fonction de transfert. Quand le rapport entre les grandeurs d'entrée et de sortie dépend principalement de la fréquence, on parle de filtre électronique. Le diagramme de Bode représente l'atténuation en fonction de la fréquence.

On appelle atténuateur un circuit diviseur de tension, composé souvent uniquement de résistances, dont l'atténuation ne dépend pas de la fréquence dans la bande passante considérée.

L'atténuation provoquée par un atténuateur dépend de l'impédance de sortie de la source et de l'impédance d'entrée de la destination.

Quand cet atténuateur doit s'insérer dans une ligne de transmission, son impédance d'entrée et son impédance de sortie doivent être égales à l'impédance caractéristique de la ligne.

L'atténuation dépend généralement de la fréquence et peut s'exprimer par un nombre complexe, exprimant le rapport des amplitudes et le déphasage de la sortie par rapport à l'entrée à une fréquence donnée. Dans un circuit électronique, cette expression est donnée par la fonction de transfert. Dans une ligne de transmission, c'est le coefficient de propagation ou exposant linéique de propagation, dont la partie réelle s'appelle affaiblissement linéique et s'exprime en népers par kilomètre, et la partie imaginaire, déphasage linéique et s'exprime en radians par kilomètre[3].

On se contente souvent d'indiquer la diminution de la puissance du signal ou de la porteuse par unité de longueur, le plus souvent en décibels par kilomètre, quand c'est plus opportun, en décibels par centaines de mètres[4].

L'atténuation dans une ligne de longueur donnée s'obtient en multipliant l'atténuation linéïque par longueur dans l'unité indiquée.

Cette grandeur concerne aussi les transmissions par fibre optique[5].

Les ondes, en champ libre, c'est-à-dire en l'absence d'obstacle, subissent une atténuation géométrique, du fait que la puissance propagée par le front d'onde se répartit sur une aire quadruple chaque fois que la distance à la source double[7] ; elles suivent une loi en carré inverse.

L'affaiblissement de propagation comprend en plus les effets de l’absorption, de la diffusion de l'énergie rayonnée par le milieu, et globalement tous les effets qui contribuent à des pertes.

On parle d'atténuation principalement en ce qui concerne les ondes acoustiques, y compris infrasons et ultrasons et les ondes électromagnétiques (ondes hertziennes).

Ondes électromagnétiques

Diagramme d'atténuation d'un signal électromagnétique dans l'atmosphère selon la fréquence

L'atténuation dans l'atmosphère des ondes électromagnétiques affecte la transmission des communications radio, de la télévision, des téléphones mobiles, des satellites, des radars, etc. Le calcul prévisionnel de cette atténuation doit prévoir le type d'instrument à utiliser et les relais à installer. L'état de l'atmosphère et les précipitations font varier l'absorption de l'air. Les obstacles (édifices, relief, etc.) causent de la diffusion, de la réfraction et des réflexions multiples qui s'ajoutent au signal et font varier l'atténuation effective considérablement d'un endroit à un autre, même proche.

Le coefficient d'atténuation ou coefficient d'extinction décrit la diminution d'un phénomène décroissant, dans les domaines les plus divers. C'est ainsi que dans la noblesse, « le nombre des noms de famille diminue : le coefficient d'extinction est de 0,28% par an ». Le coefficient semble ici n'être autre que le taux de décroissance[8].

Le coefficient d'atténuation, comme propriété d'un milieu, décrit la diminution d'intensité d'un rayonnement qui le traverse. Il dépend de l'énergie de ce rayonnement.

• Dans le dosage colorimétrique, c'est un rayonnement lumineux, dont la longueur d'onde décrit en général l'énergie[9] ;
• en radiologie, on donne l'énergie photonique, et le coefficient d'atténuation qui s'exprime comme la quantité μ dans l'expression μ dx est appelé coefficient d'atténuation linéique, massique, molaire ou atomique selon que dx est exprimé en unités de longueur, ou en masse, moles ou atomes par unité de surface[10] ;
• en exploration par ultrasons on utilise la fréquence[11].

Dans tous les cas, le coefficient rapporte l'atténuation à la longueur du trajet dans milieu traversé[alpha 1], et à la largeur de bande considérée, de façon à permettre l'intégration des coefficients à bande étroite dans une bande large.

Le coefficient d'extinction ou d'atténuation d'une substance particulière est pour les rayonnements lumineux, l'absorbance spécifique de ce matériau. Il prend en compte, en plus de l'absorption exprimée par le coefficient d'absorption, les effets dus à la diffusion et à la luminescence[12]. Pour les ondes acoustiques, le coefficient d'atténuation regroupe identiquement l'ensemble des pertes subies en traversant le matériau. Il dépend, en plus des propriétés d'absorption du matériau, de la présence et de la forme de particules, de la turbidité, et de tous facteurs qui peuvent affecter la transmission[13].