Les infrasons sont des ondes sonores de basse fréquence ; ce sont donc à la fois des vibrations mécaniques et des oscillations acoustiques. Ils sont habituellement situés sous le seuil de la limite moyenne des sons graves perceptibles par l'oreille humaine, soit entre et 16 à environCEI 60050-801:1994 - Vocabulaire Électrotechnique International - Partie 801 : Acoustique et électroacoustique., c’est-à-dire que les périodes de leurs vibrations acoustiques se répètent toutes les 16 à 20 fois par seconde. S’ils sont émis à haute intensité dans une gamme située entre 16 et , ils peuvent provoquer pour l'auditeur une sensation de « tonalité ». Aux fréquences inférieures, pour des raisons physiologiques, ils ne sont plus perçus par l'ouïe (à partir d'une limite dite « fréquence supérieure des infrasons »)..
De nombreuses études ont porté sur la production et la transmission des infrasons et des ultrasons, ainsi que sur la sensibilité humaine (et de quelques espèces animales) à ces fréquences, à différentes intensités d'exposition. Les sources naturelles les plus constantes et communes en sont le vent (à , le vent produit des infrasons à environ ), les vagues marines (qui à une fréquence de moins de en émettent à une hauteur de environ). La sismicité naturelle du globe terrestre en est aussi une source constante. Des sources artificielles d’infrasons, notamment industrielles, sont de plus en plus présentes et très nombreusesJ. Chatillon, « Perception des infrasons » ; Acoustique et techniques, 67, 2011, p. 4-10..
Audition et autres formes de perception
La sensibilité de l'audition humaine au spectre sonore et à l'intensité de sons varie, selon l'âge, l'attention et les individus, approximativement de 20 à .
La bande de fréquence de 20 à 40 Hz est une zone de transition entre les infrasons et les sons audibles M.L.S. Vercammen, « Setting limits to Low Frequency Noise », Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 8, 4, 1989, p. 105-109.. Au-delà de et sous , les sons ne sont généralement plus perceptibles par l'oreille humaine (sauf à forte intensité pour les infrasons) ; d'autres organes permettent alors de les ressentir en tant que phénomène vibratoire, par exemple la cage thoracique, l'abdomen, la peau, les globes oculaires, les muscles, le squelette ou la boite crânienne ou d'autres organes internes, en entrant en résonance avec eux ou en ressentant l'énergie vibratoire induite. De tels infrasons sont également perceptibles par une personne atteinte de surdité, par exemple pour des niveaux sonores de l’ordre de , (décibels) à . On parle parfois dans ces cas de (mais ce mot a d'autres acceptions). L'INRS estime en 2006 que selon la littérature scientifique, , et comme pour toutes les fréquences audibles, une écoute binaurale (par les deux oreilles) semble améliorer la sensibilité aux infrasons (de par rapport à une écoute monaurale) H. Møller et C.S. Pedersen, « Hearing at Low and Infrasonic Frequencies », Noise and Health, 6, 23, 2004, p. 37-57..
On sait depuis longtemps que le bruit à haute intensité est délétère pour l’audition et on s’attache depuis plusieurs décennies à déceler et mesurer d’éventuels effets de la part inaudible des vibrations auxquelles nous sommes exposésVan Dijk F.J.H., J.H. Ettema, et R.L. Zielhuis. 1987. Non-auditory effects of noise: VII. Evaluation, conclusions, and recommendations. International Archives of Occupational and Environmental Health 59: 147—152. La NASA, qui expose ses pilotes et astronautes à des niveaux très élevés de vibrations et de bruit, s’y est notamment intéresséeBrooks, Thomas F., D. Stuart Pope, et Michael A. Marcolini (1989) « Airfoil self-noise and prediction ». L-16528; NAS 1.61:1218; NASA-RP-1218. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19890016302_1989016302.pdf. Les expériences préparant les missions Apollo ont exposé sous contrôle médical des volontaires à des niveaux très élevés d’infrasons (120 à )Arkin, W. M. (1997) « Acoustic anti‐personnel weapons: An inhumane future? ». Medicine, Conflict and Survival, 13(4), 314-326 (résumé).Johnson D.L (1980) « The effects of high level infrasound » (No. AFAMRL-TR-80-13). AIR FORCE AEROSPACE MEDICAL RESEARCH LAB WRIGHT-PATTERSON AFB OH. sans effets nocifs détectés sur leur santé ; un niveau élevé d’infrasons est ainsi bien plus supportable que le même niveau sonore dans la plage normale de fréquences audibles.
On a montré en laboratoire sur le modèle animal que les infrasons ont bien des effets physiologiques, mais uniquement en cas d'expositions chroniques et de haute amplitudeANSES (2017) Exposition aux basses fréquences et infrasons des parcs éoliens : renforcer l’information des riverains et la surveillance de l’exposition aux bruits, communiqué du 30/03/2017. Chez l'humain, à partir d'un niveau élevé (qui porte l’infrason près du seuil d'audition) des réactions de fatigue, de dépression, de stress, d’irritation, d’asthénie, de mal de tête, de troubles de la vigilance ou de l’équilibre et des nausées (« mal de mer ») ont été décrits. Le seuil d'audibilité est le volume sonore minimal perceptible par l’oreille humaine ; . Ces réactions pourraient être dues à la mise en vibration de certains organes internes (digestifs, cardio-vasculaires, respiratoires) ou des globes oculaires en présence de certains infrasons.
À titre de comparaison, de telles réactions n’apparaissent qu’à des seuils bien supérieurs aux infrasons émis par les éoliennes (par exemple évalués en 2004 par JakobseJakobsen, J (2004) « Infrasound Emission from Wind Turbines". Proceedings of the 11th International Meeting on Low Frequency Noise and Vibration and its Control. Maastricht: MultiScience Publishing Company. et par van den Bergvan den Berg, G. P. (2004) « Do Wind Turbines produce significant low frequency sound levels ? » Proc 11th International Meeting on Low Frequency Noise and Vibration and its Control, Maastricht August 2004, 367-376. Selon les résultats de Hayes (2006), induire une maladie vibroacoustique (VaD) chez l'animal nécessite de l'exposer à un niveau de 50 à plus élevé que le niveau d’infrasons et de sons de basse fréquence émis par les fermes éoliennes dans cette plage de fréquencesHayes M (2006) « Low Frequency and Infrasound Noise Emissions from Wind Farms and the Potential for Vibroacoustic Disease ». Proceedings of the 12th International Meeting on Low Frequency Noise and Vibration and Its Control. Bristol: Journal of Low Frequency Noise, Vibration and its Control, INCE/Europe, et EAA..
Sources d'infrasons vignette|upright=1.25|Illustration des processus de production de divers types de sons par une tornade (des ultrasons aux infrasons.)
Selon l'Institut national de recherche et de sécurité (INRS), . Certaines sont nocives ou gênantes. Exceptionnellement, des sources cohérentes émettant deux fréquences pures non infrasonores assez proches peuvent aussi localement provoquer l’apparition d’infrasons parasites perçus comme des battements (mais alors à des niveaux sonores généralement assez faibles).
Sources naturelles Parmi elles, la littérature scientifique identifie dans une large fréquence de sons , notamment : les mouvements violents de masses d'air, qui tous engendrent des infrasons. Ainsi des vents forts, des tempêtes (marines, notammentDonn W. L. Posmentier E. (1967) Infrasonic Waves from the Marine Storm of April 7, 1966, J. geophys. Res., 72, 2053–2061), cyclones tropicaux, trombes et tornades en particulier qui produisent des infrasons jusqu’à à , pouvant parfois perturber l’ionosphèreDavies K. & Jones, J.E (1972) « Infrasonic Disturbances in the Ionosphere from Severe Thunderstorms ». The Journal of the Acoustical Society of America, 51(1A), 146-147 (résumé). ; la pénétration dans l'atmosphère d'un météoreReVelle D.O.(1976) « On meteor‐generated infrasound ». Journal of Geophysical Research, 81(7), 1217-1230. (résumé)Edwards W.N (2010) « Meteor generated infrasound: Theory and observation ». In Infrasound monitoring for atmospheric studies (p. 361-414). Springer, Dordrecht (résumé). ; les fluctuations rapides de la pression atmosphérique (< 1 Hz à ) ; les mouvements de grandes masses d'eau (vagues océaniques, < 1 Hz), tsunamisEncadrement E.C.L, Dragna D, Marsden O & Bailly C (2018) Modélisation avancée de l'atmosphère pour la propagation de signaux basses fréquences (projet de thèse). CEA/DAM / Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, UMR CNRS 5509 – École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil, acoustique (MEGA), université de Lyon. ; certaines vibrations du sol induites par des éruptions volcaniques et d'autres phénomènes tectoniques (dont les tremblements de terre) ; le tonnerre et les éclairs ; les chutes d'eau ; certains animaux, tels que baleines, Pinnipèdes, éléphants, casoars... qui utilisent les infrasons pour communiquer à grande distance (à 15 à pour l'éléphant d'Afrique par exemple) S. Tanzarella, Perception et communication chez les animaux., De Boeck Supérieur, 2005, chapitre 1 : « Approche acoustique », page 82.. Il est possible que leur sensibilité aux infrasons explique une partie des capacités étonnantes des oiseaux migrateurs ; le pigeon voyageur s'y montre par exemple très sensible : il perçoit des infrasons dans la gamme de 0,1 à 20 Hz (fréquences correspondant à des longueurs d'onde de l'ordre de la centaine de mètres et se propageant à des kilomètres). Les oiseaux seraient ainsi bien plus sensibles que nous aux variations brusques de pression atmosphérique et aux ondes de pression de certains phénomènes sismiques, ce qui pourrait expliquer leur anticipation avancée de certains changements météorologiques.
Les composantes de basse fréquence de ces phénomènes peuvent être transmises d'un fluide à un objet ou inversement, . Dans le milieu naturel (ou anthropisé), la présence locale et parfois temporaire de certaines « couches » dans les nuages, dans le sol géologique et dans l'eau peut conduire des infrasons sur de très grandes distances (dizaines à centaines de kilomètres). Certaines espèces de baleines utilisent ainsi des couches océaniques de densité thermique et/ou saline différenciée comme canal SOFAR (SOFAR channel, l'équivalent d'un guide d'ondes acoustique, étudié et utilisé par l'acoustique sous-marine) pour communiquer sur de très longues distances (à l'inverse des animaux qui émettent dans l'ultrason, dont les appels et chants sont rapidement atténués par le milieu ambiant). Dans un contexte normal, le chant de la baleine à bosse () est audible à dix kilomètres, mais jusqu'à plusieurs centaines ou milliers de kilomètres dans les meilleures conditions.
Moyen de communication animale Les infrasons jouent un rôle dans la communication chez certains mammifères tels que les éléphants, les baleines, les dauphins (9 Hz chez certaines espèces), les furets () les okapis et peut-être les girafes ou le furet voire certains poissons (le Poisson rouge les perçoit un peu sous les 20 Hz).
Éléphants L'éléphant peut communiquer à grande distance (une trentaine de kilomètres) en produisant des infrasons avec son larynx (cachés dans le barrissement) ou en frappant des pieds sur le sol. L'onde sismique est alors perçue par la partie vestibulaire de son oreille interne (crêtes des ampoules des canaux semi-circulaires, macules utriculaires et sacculaires)André Beaumont () Larynx et infrasons chez l'éléphant d'Afrique (Loxodonta africana) SNV, université de Jussieu. citant Tecumseh Fitch, Science, 2012..
Cétacés Les Cétacés émettent des sons dans une très large bande de fréquence, entre et environ, donc pas tous audibles par l'homme..
Okapis et girafes