La nature du son
Le son est en fait un mouvement de vibration des molécules composant l'air. Ces vibrations se transmettent de proche en proche, le son se propage (le phénomène est appelé onde sonore).
La vitesse de propagation du son dépend de la température et de la pression atmosphérique. A 20°C, sous une pression atmosphérique normale (1 bar), c'est à dire au niveau de la mer, elle de 340 mètres par seconde soit 1224 km/h.

Avion volant à vitesse subsonique
Un avion en vol provoque la vibration des molécules composant l'air. Une onde sonore est émise. Si l'avion vole moins vite que la vitesse du son ( vitesse subsonique ), les vibrations de l'air se propagent en avant de l'aéronef.

Aucun phénomène particulier ne se produit. Tous les avions commerciaux, sauf Concorde et l'appareil soviétique Tupolev Tu-144 volent à vitesse subsonique.

Avion volant à vitesse transonique
Lorsque la vitesse de l'avion approche la vitesse du son ( vitesse transonique ), un phénomène particulier se produit. Les vibrations sonores, qui se déplacent à une vitesse pratiquement égale à celle de l'appareil s'accumulent devant le nez de celui-ci.

Cette accumulation crée une forte surpression en avant de l'avion qui se heurte à un "mur". Il faut alors un surcroît d'accélération afin de dépasser cette vitesse critique et de passer le mur du son. Cette puissance supplémentaire est dans la plupart des cas fournie par la post-combustion, seuls un petit nombre d'appareils militaires très puissants peuvent se passer de cette post-combustion pour voler en régime supersonique (F-22, Rafale et Typhoon).

Avion volant à vitesse supersonique
Lorsque l'avion a dépassé la vitesse du son, les vibrations sonores sont "expulsées" de part et d'autre de l'aéronef. Il se crée alors un cône de choc puisque les vibrations accumulées devant le nez de l'appareil sont subitement libérées. On entend alors un "Bang" supersonique.

Tant que l'avion volera a une vitesse supérieure à celle du son, les vibrations sonores formeront toujours un cône de choc se déplaçant avec l'avion.
Le bang supersonique sera audible tant que l'avion se déplacera à une vitesse supersonique et pas seulement au moment du passage du mur du son.
De même, un avion voyageant à deux fois la vitesse du son n'engendra qu'un seul cône de choc supersonique.
Il existe une analogie très concrète au phénomène du cône supersonique, il s'agit du sillage créé par un bateau naviguant à vitesse élevée...
Dans les situations montrées à la page photos/vidéos, le cône de choc est rendu visible par la condensation de vapeur d'eau, lorsque l'appareil est dans une atmosphère humide.

Le mur de la chaleur
Le mur de la chaleur n'est pas réellement une barrière physique comme le mur du son, cependant il a posé et pose encore des problèmes quasiment insolubles.
Lors qu'un avion vole a grande vitesse, le frottement des molécules composant l'air engendre un échauffement important, la température du revêtement externe de l'avion peut atteindre des valeurs extrêmement élevées. Cet état de fait est à l'origine de la formation d'étoile filantes ( des micro-météorites qui brûlent suite à cet échauffement ) et permet d'éviter que des satellites à court de carburant ( ainsi que la station MIR ) ne provoquent des dégâts, ils sont désintégrés bien avant de toucher le sol. De nombreuses recherches ont été faites à ce sujet ( un avion fusée américain X-15 est ainsi revenu à sa base à "demi-carbonisé" ).

La solution la plus évidente est de voler à très haute altitude où l'air raréfié provoque un échauffement moindre, l'avion X-15 américain a ainsi réalisé des vols jusqu'à une altitude de 107 km en 1967. Cependant à très haute altitude, il n'est plus possible d'utiliser des systèmes de propulsion aérobies à cause du manque de dioxygène.

Le mur de la chaleur est une des raisons qui ont fait que les avions des années 2000 ne volent pas plus vite que leurs prédécesseurs des années 70. En 30 ans, très peu de progrès ont été faits sur ce point alors qu'entre 1940 et 1960, la vitesse opérationnelle des avions les plus perfomants était passée de 500 km/h à 2500 km/h.