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Acoustique et défense
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Expériences à échelle réduite
de la propagation acoustique par petits
fonds et par grands fonds marins
a propagation du son dans l’océan a été étudiée de
façon intensive au cours des 50 dernières années. Plusieurs
modèles ont été développés pour décrire la propagation
par petits fonds ou par grands fonds, incluant des modè-
les 2D et 3D. Ces modèles ont été développés en détail
dans la littérature [1-4] et validés en mer pour la plupart
d’entre eux, mais cette validation est souvent délicate à
cause de la variabilité temporelle et spatiale du milieu marin
et de la difficulté à maîtriser les paramètres de ce milieu.
Très récemment ont été développés des algorithmes 3D
dans des environnements complexes [5-10] (canyons,
fonds en pentes…), ainsi que des modèles pour prendre
en compte le couplage propagation-diffusion par un objet,
mais de nouveau, leur validation se heurte au problème
de la maîtrise des conditions expérimentales.
L’utilisation de cuves acoustiques dans lesquelles on peut
tester et valider les modèles en situation parfaitement
contrôlée et reproductible, semble être une approche inté-
ressante et très prometteuse. Ces essais en cuve sont
peu couteux par rapport à des essais en mer et tous les
paramètres du milieu peuvent être mesurés pendant la
durée de l’expérience. De plus le nombre de paramètres
variables peut être fixé à l’avance de manière à travailler
dans des environnements simplifiés, ce qui n’est jamais
le cas en situation réelle (on peut en effet s’affranchir des
courants, des marées, des ondes internes, des fluctuations
du milieu, on peut travailler avec des valeurs très élevées
du rapport signal/bruit…). Enfin, tous les essais peuvent
être répétés plusieurs fois si besoin est, en recréant exac-
tement les mêmes conditions expérimentales, ce qui est
tout à fait inimaginable pour des expériences en mer.
Bien que d’une part l’environnement réel ne puisse pas
être reproduit à l’identique et que d’autre part la mise à
l’échelle nécessite d’énormes précautions, les essais en
cuve permettent néanmoins d’isoler des phénomènes parti-
culiers et de tester en environnement maîtrisé certaines
hypothèses qui sont à la base des modèles et algorith-
mes couramment utilisés.
Au LMA, une cuve de grande dimension (10m de long, 3m
de large et jusqu’à 1m de profondeur) a été équipée pour
permettre ce genre d’expérimentation à échelle réduite.
Elle a été conçue dès le départ de manière à s’adapter
avec souplesse à l’évolution des besoins en acoustique
sous-marine.
J-P Sessarego, R. Guillermin
CNRS/LMA
31, chemin Joseph Aiguier
13402 Marseille CEDEX 20
Dominique Fattaccioli
DGA Techniques navales
Avenue de la Tour Royale
BP 40915
83050 Toulon CEDEX
Résumé
Cet article propose de montrer que des expériences en cuve à échelle réduite
permettent d’obtenir des données utilisables par les modélisateurs afin qu’ils
testent leurs modèles sur des résultats parfaitement contrôlés. Grâce à l’utilisation
d’un facteur d’échelle, on peut en effet, simuler en cuve différentes conditions
de propagation en mer. Le coût peu élevé des expérimentations ainsi que la
reproductibilité et le contrôle de tous les paramètres physiques du milieu sont
également des avantages qui plaident en faveur de l’utilisation de modèles réduits.
Les expériences décrites dans cet article ont été menées dans un guide d’onde
constitué par une colonne d’eau de quelques centimètres reposant sur une épaisse
couche de sable. Les paramètres physiques et acoustiques de ce sable ont été
mesurés et sont donc parfaitement connus. On a utilisé différentes hauteurs d’eau et
des signaux très large bandes couvrant un large spectre de fréquences, l’objectif étant
de simuler la propagation en mer dans toutes les conditions rencontrées par les sonars
militaires qui vont des sonars très basses fréquences travaillant par petits fonds ou
moyens fonds, à des sonars HF travaillant par grands fonds.
Une autre série d’expérimentation a été conduite pour étudier le couplage entre
propagation et diffusion acoustique par des cibles. La cible utilisée était une coque
sphérique mince placée à différentes profondeurs dans la couche d’eau. Le champ
acoustique a été mesuré autour de l’objet et en champ lointain. Les premiers résultats
de mesures sont présentés et discutés.
Enfin la dernière partie de l’expérimentation a consisté à étudier la propagation sur
des fonds en pente afin de tester l’importance des phénomènes 3D.
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