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Spécial “ Acoustics’08 ”
51
Acoustique
&
Techniques n° 53
modulés et de niveau contrôlé. Nonobstant cette évolution
à terme et un certain nombre de contacts existants, le
secteur économique de l’exploration/exploitation des
hydrocarbures, très puissant, n’interagit encore que trop
peu avec le monde de l’acoustique, que ce soit sur les
plans industriels ou sur les plans académiques.
Dans le domaine de l’halieutique et de la biologie, les
sondeurs acoustiques
sont également très utilisés pour
leur capacité à détecter et imager les bancs de poissons,
couches de plancton, champs d’algues… Des sondeurs
spécialement calibrés sont employés pour effectuer des
évaluations quantitatives de la ressource ; de la qualité
de leurs données dépendent les définitions de quotas
réglementés aux niveaux nationaux et communautaires
pour la pêche industriel le. Les matériels et les
méthodologies mis au point à cet effet se perfectionnent
constamment, avec par exemple l’apparition récente de
sondeurs multifaisceaux pour l’halieutique, permettant
une investigation tridimensionnelle du volume d’eau.
De nombreuses années de travaux sur la détection
automatisée des espèces de poissons à partir des
caractéristiques des échos sonar élémentaires n’ont pas
donné de résultats vraiment tangibles, et la caractérisation
des espèces repose aujourd’hui préférentiellement
sur des approches multifréquentielles, et l’exploitation
conjointe de critères géométriques et d’informations
environnementales.
L’effet Doppler est utilisé dans les
courantomètres
acoustiques
(pour mesurer la vitesse du courant depuis
un point de référence soit fixe soit de vitesse contrôlée).
Cette technologie, issue du principe du loch acoustique
(qui mesure la vitesse d’un mobile porteur par rapport
au milieu aquatique), est de plus en plus utilisée pour
étudier l’évolution locale de la dynamique des masses
d’eau, et l’acquisition systématique des données de
courantométrie fait aujourd’hui partie des missions
routinières des navires océanographiques. Par ailleurs,
l’exploitation de l’information énergétique contenue dans
les échos permet d’accéder en plus à des informations
concernant la présence et le transport de particules ou de
micro-organismes, dont les applications potentielles sont
nombreuses en géosciences littorales ou en biologie.
L’étude, en océanographie physique, des perturbations
hydrologiques à moyenne échel le (dizaines de
kilomètres) a amené à s’intéresser à des techniques de
tomographie acoustique
océanique
, qui ont connu
une vogue certaine dans les années 1980-90. L’idée
est de transmettre des signaux à très haute résolution
temporelle dans des réseaux de sources très basses
fréquences et de récepteurs. L’enregistrement sur le
long terme des structures de trajets multiples, permet
ainsi de remonter à l’estimation de perturbations locales
de célérité acoustique, et donc de caractéristiques
hydrologiques (température, salinité). À plus grande
échelle, des transmissions de signaux contrôlés de
forte puissance ont été envisagées pour effectuer des
mesures de
thermométrie acoustique globale
des
bassins océaniques, dans le cadre de la surveillance du
réchauffement climatique ; ces essais ont été contrecarrés
par les environnementalistes soucieux d’éviter les risques
envers la faune sous-marine. Très intéressantes sur le plan
conceptuel, les techniques d’océanographie acoustique
très basses fréquences n’ont pas tenu leurs promesses
sur le plan de l’intérêt réel pour l’océanographie physique,
et sont aujourd’hui en déclin.
D’autres techniques, plus anecdotiques, ont été proposées
pour
l’étude du milieu marin ou sédimentaire à partir
de mesures du bruit ambiant
comme le suivi des
précipitations ou de l’état de mer à partir du niveau sonore
sous-marin local, ou la tomographie acoustique océanique
mésoéchelle utilisant des sources sonores d’opportunité
(bruits rayonnés de navires par exemple). Ces approches,
encore prospectives aujourd’hui, ne connaissent pas encore
de mise en œuvre pratique.
Plus classiquement, au-delà de leur rôle de vecteur pour
l’investigation de la colonne d’eau ou sédimentaire, les ondes
acoustiques peuvent servir à des fins
de communication,
de signalisation ou de positionnement
. Les divers
systèmes entrant dans cette catégorie (marqueurs
acoustiques destinés à repérer un objet ; télécommandes
acoustiques de systèmes sous-marins autonomes ;
transmetteurs de données en général numérisées) sont des
auxiliaires précieux pour l’intervention et l’instrumentation
sous-marine, dès lors que l’on souhaite (et c’est le
plus souvent le cas) éviter les liaisons par câbles pour
les transmissions d’ordres ou d’informations diverses.
La difficulté à résoudre pour ces systèmes, outre les
nombreuses sources de perturbations intrinsèques au milieu
marin, réside dans la nécessité d’utiliser des fréquences
assez basses pour obtenir des distances de propagation
suffisantes, ce qui restreint la bande passante disponible
et donc le débit possible ; les performances atteintes
pratiquement (au mieux quelques dizaines de kilobits/s) sont
donc très faibles par rapport aux systèmes hertziens.
Le
positionnement instantané de mobiles
, qui a
énormément progressé dans les applications terrestres avec
le développement de techniques comme le GPS, doit trouver
des solutions originales en milieu sous-marin. Là encore,
l’acoustique peut apporter des réponses incontournables :
un mobile immergé peut se repérer soit par rapport à un
ensemble de balises elles-mêmes géoréférencées, à partir
de l’échange de signaux temporels (système base longue),
soit se repérer à partir des différences de temps ou de
phase des signaux reçus sur une antenne (base courte
ou ultra-courte) fixée à un mobile en surface et lui-même
contrôlé en position et mouvements.
Les progrès de l’instrumentation acoustique sous-marine
posent en parallèle de nombreux problèmes spécifiques :
-
compatibilité
des capteurs entre eux, ou comment
faire coexister et fonctionner simultanément sans trop
d’interférence les émissions-réceptions de plusieurs
systèmes revendiquant tous les mêmes bandes de
fréquences ;
- réduction des
bruits propres
générés par les navires
sur leurs propres capteurs, du fait de la propulsion, des
écoulements hydrodynamiques, des nuages de bulles ;
- discrétion du
bruit rayonné
, dont la raison d’être va
de soi pour les navires militaires et les sous-marins, mais
concerne aussi les navires halieutiques, et s’inscrit dans une
démarche générale de respect de l’environnement ;
Océanographie et Géophysique