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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
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Acoustique
&
Techniques n° 48
La juxtaposition de ces tranches de fond sous-marin
insonifiées, fournit une représentation bidimensionnelle du
signal réverbéré, visualisée sous forme d’image dont le
contraste est associé à l’amplitude ou à l’énergie du signal.
Pour que la représentation soit conforme, il faut que les
zones d’illumination ne se chevauchent pas d’un ping à
l’autre et que la couverture de la zone soit continue. La facilité
d’interprétation et la qualité des images issues des sonars
modernes sont étonnantes. La figure 3 montre la capacité de
cette technique à former des images qui sont intuitivement
faciles à interpréter tant la proximité est grande avec les
images optiques. La similitude d’une telle image par rapport à
une image « optique », correspondrait à une source de lumière
rasante (issue du sonar) avec une caméra de visualisation
située à la verticale de la scène. Néanmoins, la comparaison
n’est pas aussi simple car autant le processus d’émission et
d’illumination est conforme à une source lumineuse étendue
disposée sur la trajectoire du sonar, autant le processus
d’acquisition est temporel et non spatial comme dans le cas
d’une caméra.
Limites des sonars cartographiques
Les deux types de sonars définis précédemment trouvent
leurs limites. Le sonar latéral est incapable de percevoir un
relief sans présence d’ombre c’est-à-dire dans le cas où les
variations de relief sont parallèles à l’avancement du sonar ou
quand la pente du relief est quasi parallèle à l’angle du plan
oblique. Cette limite provient de la méthode d’acquisition en
réception qui est basée sur un échantillonnage temporel du
signal (par opposition à un échantillonnage angulaire) et peut
rendre difficile une interprétation correcte, dans certaines
conditions. Dans ce cas, il faut recourir à une représentation
3D du milieu pour le sonar latéral et en particulier, connaître
l’angle d’arrivée du front d’onde (c’est-à-dire l’angle du plan
oblique). L’interférométrie peut s’avérer une très bonne
méthode pour remédier à ce problème ; en effet, elle permet
grâce une mesure de différence de marche d’associer à
chaque pixel de l’image un angle de visée et une distance, et
de ce fait, une localisation.
Pour un sondeur multifaisceaux, l’information angulaire
est disponible et donnée par l’angle de formation de voie.
Le principal problème du sondeur multifaisceaux est le
dimensionnement de l’échantillonnage angulaire qui est
contraint par la taille de l’antenne. En particulier, pour des
angles rasants, la méthode de détection de l’instant d’arrivée
du front d’onde dans l’angle solide de réception, trouve sa
limite car la surface au sol insonifiée est importante et la
sonde est mal localisée en distance. La figure 1 (région de
droite) illustre très bien ce problème.
Interférométrie [1]
L’interférométrie optique est basée sur la cohérence des
photons issus d’un même train d’onde. Ces derniers étant
en phase, ils peuvent interférer et donner des figures
d’interférence. Le dispositif de Young tel que montré sur la
figure 4, met en évidence ce phénomène.
La cohérence des deux ondes
permet au
produit scalaire de varier de – 1 à +1 et, ainsi d’amplifier ou
d’annuler l’intensité résultante I qui vaut alors :
(2)
Avec K une constante, E
1
, E
2
, les champs électrostatiques
issus des deux fentes, et
φ
1
,
φ
2
leurs phases respectives. Le
terme d’interférence dépend la différence de marche
M
δ
entre les rayons.
Celle-ci génère un déphasage
Δφ
qui explique la périodicité
des raies.
avec
λ
, la longueur d’onde.
(3)
Étant donné que les trains d’onde d’une onde lumineuse
monochromatique ont une phase aléatoirement distribuée,
ils sont décorrélés entre eux. En considérant un train d’onde
particulier, les trains d’onde suivants ne participent pas à la
sommation cohérente avec celui-ci. Ceci explique la raison
pour laquelle, il est nécessaire d’utiliser une source lumineuse
dite monochromatique (lampe à mercure ou à sodium, par
exemple) car ces sources présentent un encombrement
spectral très limité et un encombrement temporel (c’est-à-
dire une longueur de cohérence du train d’onde) important.
Ainsi, les photons qui se projettent sur l’écran, possèdent la
même fréquence et sont en phase. La durée de la sommation
par intégration est alors optimale.
Interférométrie sonar latéral [2]
La transposition de ce principe optique au sonar latéral est
immédiate. Le fond marin réverbérant est associé à la source
sonore monochromatique et les fentes d’Young aux deux
antennes réceptrices du sonar. La source radiante, dans ce
cas, n’est pas équidistante des deux antennes contrairement
à la configuration d’un dispositif de type « fentes d’Young » et
la différence de marche provient de la non-équidistance des
antennes à la source. L’écran a été « remplacé » par le calcul
du produit scalaire des valeurs des deux champs de pression
cohérents, mesurés sur les antennes.
Fig. 4 : Dispositif de Young & configuration géométrique typique d’un sonar interférométrique
Sonars cartographiques et interférométrie associée
(1) En raison du phénomène de diffraction, les deux fentes se comportent comme
deux sources lumineuses cohérentes (c’est-à-dire en phase) émettant leur énergie
vers l’écran situé en arrière.