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Spécial “ Acoustique sous-marine ”
Acoustique
&
Techniques n° 48
La Fig. 7 présente des coupes verticales correspondant à
l’axe (Ox) des champs de perte par propagation obtenus par
des calculs 2D et 3D. Insistons sur le fait que ces coupes
verticales sont effectuées dans l’axe (Ox) pour lequel l’interface
eau/sédiment est horizontale. Un simple calcul 2D prédit
ainsi naturellement la conservation des différents modes
propagatifs le long de cet axe. Rappelons que par analogie
rayon/mode, chaque mode propagatif peut s’interpréter
comme la superposition d’une onde plane montante et d’une
onde plane descendante, de même amplitude, toutes deux
caractérisées par le même angle de propagation par rapport à
l’horizontale. Pour l’expérimentation en cours, cet angle a une
valeur de 8,97° pour le mode 1, de 18,63° pour le mode 2, et
de 29,05° pour le mode 3. Il est à noter que l’angle de rasance
associé au mode 3 est très proche de l’angle de rasance
critique (ici 30,47°). Bien que propagatif, le troisième mode
est donc plus rapidement atténué au cours de sa propagation
que les deux autres modes propagatifs.
La solution 3D diffère d’une manière non négligeable de la
solution 2D. En particulier, on pourra noter qu’au-delà de
3,5 m, il n’y a plus aucune énergie transmise, ce que l’on
avait déjà constaté expérimentalement (voir la Fig. 5 p.57).
Pour bien comprendre les phénomènes acoustiques présents,
nous avons propagé chacun des trois modes propagatifs
indépendamment les uns des autres. Les résultats,
représentés sur la Fig. 8 (ils correspondent tous à des
calculs 3D), permettent clairement d’identifier et de localiser
les phénomènes de déviation horizontale pour chacun des
trois modes propagatifs. Nous observons en effet la création
de zones d’ombre pour chaque mode. Ces dernières sont
plus ou moins marquées et dépendent fortement de l’angle
(par rapport à l’horizontale) du mode initial considéré. Cet
effet 3D est en effet plus important pour le mode 3 que
pour les modes 1 et 2. Dans l’axe
(Ox), cette zone d’ombre apparaît à
une distance de 0,7 m pour le mode
3, de 1,5 m pour le mode 2, et enfin
à une distance de 3,5 m pour le mode
1. De plus, nous pouvons clairement
observer pour le mode 1, l’apparition
d’un phénomène d’interférence à une
distance proche de 1,5 m. Ces franges
d’interférence sont directement liées
au phénomène d’interférence du mode
1 avec lui-même. Ce phénomène n’est
pas propre au mode 1. Nous pouvons
aussi l’observer pour le mode 2 entre
1 m et 1,5 m. Il est en revanche difficilement observable pour
le mode 3. Cette analyse modale nous permet à présent de
mieux comprendre les phénomènes d’interférences de la
Fig. 7 (solution 3D). Le calcul 3D prédit la présence des trois
modes propagatifs jusqu’à une distance voisine de 0,7 m,
distance à partir de laquelle l’énergie associée au mode
3 est déviée horizontalement. Il prédit ensuite un schéma
d’interférence lié aux deux modes propagatifs restants
(mode 1 et mode 2) pour des distances comprises entre
0,7 m et 1,5 m. Le calcul 3D prédit enfin la présence d’un
seul mode propagatif pour des distances comprises entre
1,5 m et 3,5 m (les franges d’interférence étant directement
liées au phénomène d’interférence du mode 1 avec lui-même),
suivie d’une zone d’ombre. Tous ces phénomènes prédits par
simulation numérique, peuvent être parfaitement observés
sur la courbe expérimentale de la Fig. 5. Un calcul 2D (ou
Nx2D) prédit à tort une insonification du guide d’onde pour des
distances variant de 0 à 5 m dans l’axe (Ox). Des calculs 2D ou
Nx2D ne permettent ni de décrire les effets observés avec un
fond légèrement en pente, ni de calculer de façon correcte, les
niveaux reçus sur un récepteur ; ceci confirme la nécessité de
recourir à des modèles 3D dès que la configuration de la cuve
n’obéit plus au modèle géométrique simple de Pekeris.
Conclusion
Cet article a permis de présenter quelques développements
récents en matière de codes de propagation 3D et tout l’intérêt
qu’il peut y avoir à travailler sur des expériences contrôlées,
qui permettent de vérifier pas à pas, la validité des résultats
obtenus. L’objectif n’est pas de « valider » un code quel qu’il
soit, mais bien de vérifier que les hypothèses faites dans le
Fig. 7 : Champs de perte par propagation (coupe verticale dans l’axe (Ox))
correspondant à un simple calcul 2D (à gauche) et à un calcul 3D (à droite)
Fig. 8 : Champs de perte par propagation (coupes verticales dans l’axe (Ox)) correspondant à trois
calculs 3D différents obtenus en n’excitant, à la source, qu’un seul des trois modes propagatifs
La propagation océanique en eau peu profonde : modèles et expérimentations