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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
Le fond de la cuve est constitué d’une épaisse couche
de sable (taille moyenne des grains : 245 microns)
de plusieurs centimètres d’épaisseur ce qui garan-
tit, aux fréquences auxquelles on travaille, de
disposer de conditions de milieu semi-infini.
Cette cuve est équipée de deux chariots mobiles indé-
pendants qui sont mis en mouvement par des moteurs à
courant continu, pilotés par une baie d’alimentation, elle-
même reliée à un ordinateur qui commande les mouve-
ments. Le premier chariot porte l’émetteur qui peut se
déplacer automatiquement suivant l’axe vertical seule-
ment. Le deuxième chariot porte le récepteur qui peut se
déplacer suivant les axes X, Y et Z. Ce système permet la
mesure automatique du champ acoustique dans la cuve
avec une précision de 1/10ème de mm. La cuve permet
une excursion suivant l’axe X de plus de 6.5m.
Des considérations géométriques simples montrent que
jusqu’à cette distance on peut encore séparer et éliminer
les échos qui viennent des parois de la cuve. Après cette
distance les échos interfèrent et il n’est plus possible d’éli-
miner les signaux parasites.
Le récepteur qui a servi à faire les mesures est un petit
hydrophone Reson TC4035 qui a été conçu pour travailler
dans la gamme de fréquence : 100-500 kHz.
Les propriétés acoustiques du sable (vitesse des ondes
P et S, et atténuation) ainsi que les propriétés physi-
ques et géophysiques (porosité, conductivité électri-
que, densité humide…) ont été mesurées à plusieurs
reprises dans le passé [11]. Elles ont été de nouveau
mesurées juste avant les expériences pour vérifier la
stabilité de ces paramètres avec le temps. Le sable a
été placé dans la cuve il y a plus d’une vingtaine d’an-
nées, et dégazé très précautionneusement de manière
à être sûr qu’il n’y ait plus de bulles d’air à l’intérieur.
On a veillé ensuite à ce qu’il ne soit plus jamais au
contact avec l’air. L’eau de la cuve peut être recyclée,
mais elle n’est jamais renouvelée, de manière à éviter la
présence de bulles qui proviendraient de l’alimentation
en eau par le réseau. Avant toute expérience le sable
est lissé avec un râteau horizontal, de manière à éviter
la présence de rides en surface et de disposer d’un fond
parfaitement plat. La seule rugosité de surface est liée
à la taille des grains de sable et à la présence quelque-
fois d’agrégats. La température de l’eau est mesurée
à l’aide d’une sonde électronique, en un point donné
de la cuve. Si besoin était cette mesure pourrait s’ef-
fectuer en continu et être transmise en permanence au
système d’acquisition.
Photo 1 : Vue générale de la « cuve océanique »
Loi d’échelle entre les mesures à la mer et les
mesures en cuve
Si on veut transposer en cuve des conditions de propaga-
tion observées en mer, la première contrainte est que la
hauteur d’eau et la longueur d’onde acoustique vérifient
une loi d’échelle imposant un rapport constant entre ces
deux quantités.
Le facteur d’échelle est alors obtenu par la relation
simple :
Où H, l et F (respectivement H’, l’ et F’) sont la hauteur
d’eau, la longueur d’onde et la fréquence en mer (respec-
tivement en cuve).
Un des objectifs de cette étude était de couvrir le domaine
le plus large possible d’applications en mer : des basses
fréquences en très petits fonds jusqu’aux hautes fréquen-
ces par grands fonds. Ce domaine d’étude peut être illus-
tré à l’aide de la Figure 1 dans laquelle on a fait apparaî-
tre le domaine d’intérêt (fréquence-hauteur d’eau), à la
fois pour un environnement réel et pour les expérimen-
tations en cuve. Dans ce diagramme, les zones rouges
indiquent par exemple les configurations réelles couver-
tes par un facteur d’échelle de 1000 aux fréquences et
hauteurs d’eau utilisées en cuve. L’intérêt de travailler avec
un facteur d’échelle que l’on peut fixer arbitrairement est
de pouvoir décrire de nombreuses configurations réelles
à partir d’une seule expérience en cuve.
Fig. 1 : Diagramme montrant le domaine d’intérêt (fréquence-
hauteur d’eau), à la fois pour un environnement
réel et pour les expérimentations en cuve. Les
zones rouges indiquent les configurations réelles
couvertes par un facteur d’échelle de 1000 aux
fréquences et hauteurs d’eau utilisées en cuve
Propagation par très petits fonds
Dans cette partie, compte tenu des relations d’échelles
décrites au paragraphe précédent, on s’intéresse à la propa-
gation par des fonds de l’ordre de la trentaine de mètres en
mer et à des fréquences de l’ordre de la centaine de Hertz.
