Sonar
Le Sonar (acronyme de sound navigation and ranging) est une technique qui utilise la propagation du son sous l'eau pour la navigation, la pêche ou la détection d'autres bâtiments de surface ou sous-marins. Il peut y avoir des sonars actifs ou passifs.
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Sonars actifs
Un sonar actif produit un son pulsé, appelé ping, et écoute l'écho de ce son sur les obstacles qu'il rencontrera. Pour mesurer la distance d'un objet, il lui suffit alors de mesurer le temps écoulé entre l'émission et la réception du son (car la vitesse de propagation du son dans l'eau est connue). Pour mesurer la direction de l'objet, un sonar peut utiliser plusieurs hydrophones, et mesurer les temps de retour relatifs selon un processus appelé beam-forming.
La première application militaire du sonar actif fut l'ASDIC (acronyme de Allied Submarine Detection Investigation Committee).
La pulsation peut avoir une fréquence constante, mais aussi une fréquence variable dans le temps. Si la fréquence est variable, le récepteur réalise une corrélation entre l'onde sonore reçue et l'onde envoyée (qui est connue). Généralement, les sonars actifs de longue distance utilisent des sons de basses fréquences. Les plus petits sonars ressemblent à une lampe-torche étanche. L'utilisateur le pointe dans l'eau, presse un bouton, et peut alors y lire une distance. Le sonar de pêche en est une variante permettant de voir les bancs de poissons sur un petit écran. Certains sonars civils peuvent même avoir des capacités proches de celles des sonars militaires, avec des représentations tridimensionnelles de la zone située sous le bateau. Cependant, ces sonars ne sont pas conçus pour la furtivité de l'émetteur. En effet, l'une des conséquences des sonars actifs est qu'ils rendent les navires qui s'en servent facilement détectables, puisque émettant un son très caractéristique.
Les sonars et les animaux marins
Certains animaux marins, comme les baleines à dents et les dauphins, utilisent des systèmes d'écholocation animale similaires aux sonars actifs pour localiser leurs prédateurs et leurs proies. Actuellement, il existe un doute sur l'inoccuité des sonars à l'égard de ces animaux. Ils sont notamment accusés de les amener à perdre leur chemin, voire de les empêcher de se nourrir ou de se reproduire. Un article récent sur le site de la BBC (voir plus bas) rapporte une étude du journal Nature sur les effets induits sur des baleines par des sonars militaires, qui provoqueraient des malaises de décompression (suivis d'un échouage).
Des sonars de haute puissance peuvent également tuer les animaux marins. Aux Bahamas en 2000, une expérience de l'US Navy à 230 dB d'un émetteur dans la gamme de fréquence 3 000-7 000 hertz provoqua l'échouage de seize baleines, dont sept furent trouvées mortes. L'U.S. Navy reconnut sa responsabilité dans cet échouage dans un rapport publié dans le Boston Globe, le 1er janvier 2002. Cependant, il est à noter qu'à basse puissance, les sonars peuvent permettre aux animaux d'éviter les bateaux.
La chauve-souris, quant à elle, utilise un système équivalent pour se déplacer et chasser de nuit, en émettant des ultrasons autour d'elle.
Sonars passifs
Le principe du sonar passif est d'écouter des sons sans en émettre. Ils sont généralement utilisés dans des applications militaires ou scientifiques.
Les sonars des lacs d'eaux froides fonctionnent différemment des sonars maritimes. Dans l'eau salée, le fonctionnement est influencé par la température et la salinité. Ces paramètres de l'océan varient avec la profondeur, mais entre 30 ou 100 mètres se trouve généralement une limite marquée, appelée la thermocline, et qui divise l'eau chaude de la surface de l'eau froide du fond. L'onde générée par un sonar d'un côté de la thermocline est réfléchie par celle-ci, à moins d'être extrêmement puissante. Ce phénomène n'existe pas dans les eaux cotières peu profondes. La pression peut aussi influencer la propagation du son, par exemple dans des zones de convergence (CZ).
Identifications des sources de bruit
Les sonars militaires passifs utilisent de nombreuses techniques pour identifier un son. Par exemple, les bâtiments américains utilisent des systèmes électriques à 60Hz, ce qui rend possible la détection des transformateurs de courant qui ont une mauvaise isolation phonique. En revanche, la plupart des sous-marins européens utilisent des fréquences de 50Hz. Les sons intermitents, tels que la chute d'un objet, peuvent aussi être identifiés.
Les sonars passifs utilisent généralement des bases de données sonores très importantes. Des ordinateurs utilisent ces bases de données pour identifier les types de bateau, voire les bateaux exacts à l'origine de ces sons, ainsi que les manœuvres qu'ils effectuent.
Sons
Les sonars passifs sont généralement très limités du fait des bruits qui sont émis dans le bâtiment lui-même. Pour cette raison, beaucoup de sous-marins utilisent un réacteur nucléaire, une pile à combustible ou des batteries qui peuvent être refroidis sans pompe, en utilisant la convection. Les hélices sont de plus l'objet d'une conception attentive, afin de limiter les émissions de bruits, notamment ceux liés à la formation de petites bulles appelées cavitation lors de la rotation rapide de celles-ci dans l'eau.
L'affichage de la plupart des sonars passifs se présentait traditionnellement sous la forme d'une chute d'eau bidimensionnelle, sur laquelle on pouvait lire la direction du son en abscisse et la fréquence (ou le temps) en ordonnée. Certains affichages utilisent des couleurs. Les plus récents emploient une représentation inspirée de celle des radars.
Voir aussi
- Radar, utilisation de l'écho d'ondes électromagnétiques
- écholocation
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