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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
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Acoustique
&
Techniques n° 48
Systèmes Doppler
Les courantomètres ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)
permettent de mesurer le profil de courant entre la surface et
une profondeur dépendant de la fréquence de travail, pouvant
aller jusqu’à 1 000 mètres.
Dans le cas des courantomètres de type RDI Ocean Surveyor,
équipant les navires les plus récents, un transducteur fixé
sur la coque émet des signaux sonores au travers de quatre
faisceaux directifs (ouverture entre 3° et 5°) et inclinés de 30°
par rapport à la verticale. Le système se décline en plusieurs
modèles correspondant à des fréquences comprises entre
38 kHz (mesures sur toute la hauteur d’eau) et 1,2 MHz
(mesures sur quelques mètres).
Le signal est rétrodiffusé par les divers diffuseurs présents
dans l’eau (plancton, particules, bulles d’air…) et qui se
déplacent au gré des courants. La vitesse relative entre le
navire et les diffuseurs induit un effet Doppler entre le signal
émis et le signal rétrodiffusé : la fréquence Doppler reçue
après le trajet aller et retour est proportionnelle à la vitesse
relative V navire/diffuseurs :
où c est la célérité du son dans l’eau, et f
0
la fréquence
émise.
Des quatre mesures Doppler effectuées à travers les quatre
faisceaux, associées à la connaissance de la vitesse et du cap
du navire, on déduit un vecteur à 3 dimensions du courant pour
une couche d’eau donnée : Nord/Sud, Est/Ouest, Vertical.
Cette mesure effectuée à l’intérieur de cellules d’extension
verticale fixée par la résolution temporelle du signal utilisé
permet de constituer des profils verticaux de courants.
En dépit du caractère local de la mesure effectuée, l’utilisation
des ADCP est un élément très important dans l’étude de la
dynamique générale des océans ; leurs données sont acquises
de manière routinière par les navires scientifiques en route, et
intégrées dans des bases de données océanographiques.
Le même principe est utilisé dans les lochs Doppler, qui sont
des instruments de navigation : la mesure est alors destinée à
estimer la vitesse du navire soit par rapport à la masse d’eau
(si l’écho provient de diffuseurs en pleine eau) soit par rapport
au fond (si l’écho provient du fond).
Sondeurs multifaisceaux
Un sondeur multifaisceau mesure simultanément la profondeur
selon plusieurs directions (au moins une centaine, jusqu’à
plusieurs milliers dans les systèmes récents les plus
performants), déterminées par les faisceaux de réception du
système. Ces faisceaux forment une fauchée perpendiculaire
à l’axe du navire. On explore ainsi le fond sur une large bande
(4 à 5 fois la profondeur, éventuellement jusqu’à 7 fois et plus
selon les modèles).
Fig. 6 : Géométrie des faisceaux d’un ADCP
Fig. 7 : Exemple de profil de courant mesuré par un ADCP 38 kHz
Fig. 8 : Méthode des faisceaux croisés
Fig. 9 : Antennes du sondeur multifaisceau grands fonds du NO Pourquoi pas ?
Les équipements acoustiques des navires océanographiques