Présentation Historique Acoustique sous-marine Plan d'accès - Principe - Fonctionnement des systèmes acoustiques sous-marins - Perspectives d’évolution       Principe La plupart des systèmes de télécommunication (téléphone, radio, télévision), utilisent la propagation des ondes électromagnétiques, de même nature que la lumière, comme moyen de transmission d’informations. Toutefois le domaine sous-marin échappe à peu près totalement à l’utilisation des ondes électromagnétiques, car l’eau, du fait de son caractère dissipatif lié à sa forte conductivité, provoque une atténuation extrêmement importante qui les rend rapidement inopérantes. Le seul vecteur permettant de transporter sous la mer des informations avec des caractéristiques assez facilement exploitables est constitué par les ondes acoustiques, qui sont des vibrations mécaniques du milieu de propagation. Ces vibrations, caractérisées par leur fréquence (nombre de vibrations par seconde, exprimé en Hertz), se propagent dans l’eau de mer de manière très favorable, l’eau étant un matériau pratiquement incompressible ; on notera que l’amortissement du son dans l’eau augmente très rapidement avec la fréquence. La facilité de propagation des ondes acoustiques dans l’eau a été constatée depuis longtemps, mais leur utilisation effective est assez récente, puisque les premières réalisations pratiques viables n’ont vu le jour qu’au début du siècle dernier avec les expériences de Paul Langevin. Il établit, en 1917, les bases de l’acoustique sous-marine moderne en préconisant l’utilisation des ultrasons : vibrations mécaniques de la matière à des fréquences inaudibles pour l’oreille humaine (>20 000 Hz). Depuis, leurs applications sont allées en s’amplifiant, et l’on peut dire que l’acoustique sous-marine permet aujourd’hui d’assurer dans l’océan l’essentiel du rôle dévolu aux ondes radar et radio dans l’atmosphère et l’espace : • Détection et localisation d’obstacles ou de cibles : c’est la fonction première des systèmes sonar, concernant surtout les applications militaires de chasse aux submersibles et aux mines, mais aussi la pêche • Mesurer les caractéristiques du milieu marin • Transmettre des signaux. ACOUSTIQUE SOUS-MARINE : techniques qui utilisent les ondes sonores pour transmettre et recevoir de l’information dans le milieu marin. SONAR : Sound Navigation And Ranging.  Navigation et mesures de distance acoustique. La détection et la localisation d’une cible par un système sonar sont basées sur la réception : • Soit de l’écho d’un signal émis par le système et réfléchi sur la cible (sonar actif) : → la réception s’effectue sur une antenne, souvent constituée de plusieurs capteurs (hydrophones) • Soit directement du bruit rayonné par la cible (sonar passif).   Fonctionnement des systèmes acoustiques sous-marins Pour l’émission comme pour la réception des signaux acoustiques transmis dans l’eau, des transducteurs électroacoustiques sous-marins sont indispensables : ils effectuent (comme dans l’air les microphones et haut-parleurs) la transformation d’énergie électrique en énergie acoustique, ou inversement. Les transducteurs ASM utilisent les propriétés piézoélectriques (ou parfois magnétostrictives) de certains cristaux naturels ou obtenus artificiellement (céramiques). Un champ électrique (ou magnétique) appliqué à ces matériaux permet de leur imposer des déformations dont les modulations reproduisent celles du champ excitateur ; ces déformations génèrent une onde acoustique dans le milieu de propagation. L’effet inverse est utilisable en réception. On cherche en général à utiliser les céramiques piézoélectriques autour de leur fréquence de résonance, pour obtenir le meilleur rendement possible. La technologie la plus utilisée pour les transducteurs acoustiques sous-marins est dite Tonpilz : un empilement de galettes de matériau piézoélectrique est polarisé par une forte pression statique imposée par une tige de précontrainte ; cet empilement est solidaire d’un pavillon (équilibré par une contremasse à l’autre extrémité), qui transmet à l’eau les vibrations induites par application d’un champ électrique excitateur aux bornes du pilier piézoélectrique. Très fortement résonants, ces systèmes permettent des niveaux d’émission élevés mais n’autorisent que de faibles bandes passantes. Dans le domaine des constituants, les matériaux magnétostrictifs, de meilleur rendement que les piézoélectriques mais trop onéreux, n’ont jamais réussi à s’imposer en dehors d’applications spécialisées ; par contre on doit remarquer l’émergence récente des récepteurs en PVDF, matériau piézoélectrique permettant de réaliser des antennes surfaciques de formes et dimensions quelconques , bien adaptées à l’installation sur les coques de sous-marins ou de navires, et qui a trouvé des applications intéressantes dans le domaine du sonar passif.   Perspectives d’évolution La principale clé des progrès actuels de l’acoustique sous-marine se situe dans le développement extraordinaire des techniques informatiques : le traitement numérique des signaux permet de faire progresser les capacités des sonars de manière importante, grâce à des capacités de calcul sans comparaison et des outils logiciels très performants. Les applications industrielles et scientifiques de l’acoustique sous-marine sont ainsi de plus en plus nombreuses, performantes et diverses. Technologie incontournable pour l’exploration et l’exploitation des océans, elle est donc devenue aujourd’hui un acteur indispensable : l’outil privilégié de communication au sein de l’univers sous-marin. Ces technologies à l’origine militaires trouvent de plus en plus des utilisations duales dans le domaine professionnel ou civil.     Une filiale de Thales Underwater Systems © Thales Pons | Mentions légales | Crédits