• un ballon de baudruche
• de l’hélium.

Attention: il ne faut utiliser que de l’hélium pur

L’hélium utilisé dans les foires pour gonfler les ballons n’est pas toujours pur. L’hélium inspiré de la façon indiquée est sans danger pour la santé en raison de son inertie chimique. Le dioxygène n’étant plus absorbé par le sang lorsqu’on respire de l’hélium, il faut veiller à alimenter suffisamment le sang en dioxygène. Si ce n’est pas le cas, il y a des risques d’évanouissement et de dommages sérieux à certains organes, notamment au cerveau.
Il ne faut donc pas recommencer tout de suite l’expérience : entre deux expériences, il faut attendre le temps nécessaire pour que la respiration renouvelle le dioxygène sanguin.

La parole humaine est un phénomène très complexe et la hauteur du son émis dépend de plusieurs facteurs comme les dimensions du larynx, la tension des cordes vocales et la vitesse de propagation du son dans l’air.

Expliquons sommairement le résultat de l’expérience précédente : seule la vitesse de propagation du son change, les autres paramètres restent inchangés.

Cette vitesse est de  340 m.s-1 dans l’air à 20°C et de 1020 m.s-1 dans l’hélium à 20°C. Le gaz qui sert à la production de la voix est le gaz expiré, c’est-à-dire pratiquement de l’hélium dans le cas de notre expérience, car on peut négliger le dioxyde de carbone dont la teneur est faible. Puisque les autres paramètres sont constants, la longueur d’onde du son émis est la même. Puisque la célérité c du son n’est pas la même dans l’hélium et dans l’air, la fréquence

du son émis n’est pas la même. Avec une célérité du son dans l’hélium à peu près trois fois plus grande que dans l’air, on s’attend à voir la fréquence multipliée par trois. En réalité, les fréquences propres de la cavité bucco-pharyngée, appelées « formants », ne sont pas autant modifiées. Moser reproduit les spectres de fréquences d’un sujet masculin prononçant la voyelle « a » dans l’air puis dans l’hélium. Le premier formant voit sa fréquence multipliée par 1,7 et le deuxième formant par 1,5. Pour expliquer ce phénomène, la référence citée rappelle que l’air des poumons n’est pas entièrement remplacé par de l’hélium, si bien que le mélange gazeux expiré est un mélange d’hélium et d’air et non pas de l’hélium pur.

Ensuite, il n’y a pas de modification de la fréquence lors du passage du son de l’hélium à l’air ambiant : c’est la longueur d’onde qui change. En fin de compte, on perçoit dans l’air un son plus élevé s’il a été émis dans l’hélium.

Bien évidemment, la parole ne produit pas des vibrations d’une seule fréquence mais beaucoup de vibrations de fréquences, de phases et d’amplitudes différentes qui lui confèrent non seulement une hauteur mais aussi un timbre particulier. Les sons émis dans un gaz où la célérité du son n’est pas la même que dans l’air voient non seulement leurs fréquences modifiées mais aussi leurs phases et leurs amplitudes relatives. La voix émise dans l’hélium a donc à la fois une hauteur et un timbre différents. Dans notre expérience, la voix du « cobaye » rappelle celle de Mickey.

En plongée profonde, on remplace l’air par un mélange d’hélium et de dioxygène car le diazote de l’air provoquerait des empoisonnements sévères aux pressions élevées qui règnent à de grandes profondeurs. La célérité du son dans le mélange d’hélium et de dioxygène est plus grande que dans l’air. Les communications entre plongeurs ou entre un plongeur et sa base se font par radio. Pendant de longues années, les voix entendues dans ces communications radio étaient déformées par « l’effet Mickey », ce qui les rendait particulièrement désagréables et peu distinctes. On a depuis introduit un dispositif (digital pitch-shifting) qui ramène les voix aiguës à une hauteur normale avant la transmission et améliore ainsi la qualité et la clarté des communications radio.