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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
Compte tenu d’un facteur d’échelle de 1000, ceci va nous
amener à travailler à des fréquences voisines de 140 kHz
et des profondeurs d’eau comprises entre 3 et 5 cm.
Fond plat
Dans cette expérimentation on a utilisé une source omni-
directionnelle fabriquée au laboratoire et travaillant dans
le domaine 100 kHz <f <350 kHz. Le signal émis était
un pulse très court avec une enveloppe gaussienne pour
lisser les effets de fenêtrage temporel. Ce signal, fabriqué
à l’aide d’un programme MATLAB est envoyé à un conver-
tisseur Numérique/Analogique (N/A) pour être émis par
la source, après avoir été amplifié par un amplificateur
de puissance, jusqu’à un niveau de 140 Vpp. Un exem-
ple de signal électrique émis ainsi que son spectre sont
donnés sur la figure 2.
Fig. 2 : Signal électrique appliqué à la source (figure
du bas) et son spectre (figure du haut)
Dans cet essai, la fréquence centrale du signal émis
était de 140 kHz et la profondeur d’eau de 26.1mm, ce
qui autorisait la propagation de 3 modes. En prenant un
facteur d’échelle de 1000, cette expérience peut alors
simuler une source en mer fonctionnant à 140 Hz sur
des fonds de 26 m.
Un hydrophone large bande et ponctuel, monté sur un
chariot mobile a permis de mesurer le champ suivant un
plan vertical dans l’axe de la cuve. Les pas de déplace-
ments suivant X et Z étaient respectivement de 50 mm et
de 2 mm. Pour chaque position du récepteur on a effec-
tué 256 moyennes avant d’enregistrer le signal sur le
calculateur. Ceci a permis d’augmenter sensiblement le
rapport signal/bruit. Signalons que la mesure complète
des signaux dans le plan vertical X, Z peut prendre jusqu’à
une dizaine d’heures et quelquefois plus, en fonction de
’échantillonnage considéré.
Pour obtenir un fond plat et horizontal, le sable a été lissé
à l’aide d’un râteau monté sur un chariot motorisé que l’on
déplaçait très lentement suivant l’axe longitudinal de la
cuve. Ce ratissage a permis d’éviter la présence de ridu-
les de sable sur le fond, comme l’illustre la Figure 3 qui
présente une cartographie 2D du fond ainsi obtenu. Les
variations de hauteur ont été mesurées ; elles sont infé-
rieures au mm.
Fig. 3 : Cartographie 2D du fond de sable de la cuve (sur 3m
2
)
La figure 4 donne un exemple de diagramme temps /
profondeur du récepteur. Ce diagramme représente,
pour une distance horizontale source-récepteur fixe, l’en-
veloppe des signaux reçus à différentes profondeurs. On
peut clairement observer sur cette figure, les trois modes
de propagation.
Fig. 4 : Diagramme temps/profondeur du récepteur,
mettant en évidence les 3 modes de propagation
La figure 5 (page suivante) montre un exemple de pertes en
transmission (Transmission Loss : TL) pour des conditions
expérimentales où l’émetteur était immergé à 20 mm et le
récepteur à 22 mm. Les résultats expérimentaux ont été
comparés à des résultats numériques obtenus à partir du
code OASES. Les comparaisons ont été faites successive-
ment pour les fréquences 140 kHz (Figure 5a) et 180 kHz
(Figure 5b). L’accord obtenu est relativement bon. Il faut
noter cependant que dans l’expérience en cuve, le pas de
déplacement en distance (50mm) était très grand comparé
au pas de calcul, ce qui explique que la courbe expérimen-
tale ne puisse pas suivre parfaitement la courbe calculée, en
particulier dans les zones où les niveaux sont très faibles.
La figure 5b, obtenue pour une fréquence plus élevée,
montre des résultats tout à fait analogues.
Fond en pente
Dans cette configuration, le fond de la cuve a été lissé
à l’aide d’un râteau fabriqué spécialement, de manière à
créer un profil en pente. L’angle de la pente a été choisi à
4.5°, ce qui correspond à l’ordre de grandeur des pentes
observées sur les talus océaniques. La Figure 6 présente
la cartographie 2D de ce fond, suivant une excursion de
2 m en X et de 1.20 m en Y. Le schéma général de l’ex-
périmentation est donné sur la Figure 7. L’émetteur et le
récepteur sont tous deux situés au dessus de la pente.
