SONAR : La
détection
des cibles
Pour compléter la page
d'initiation à l' ASM, voici quelques principes de
détection SONAR ,
ainsi que quelques informations générales sur ce
que
l'on appelle les "objets acoustiques" ,
considérés par les sonaristes comme des
cibles,
des menaces, ou simplement des "bruiteurs" .
Principaux types de SONARS
(sur
Bâtiments de Surface ou Hélicoptères)
utilisés par les Marines
Mondiales :
SONARs actifs : exemple d'une situation possible :
SONARs passifs , autre illustration de situation possible :
En passif, le bruit
rayonné par un sous-marin est recherché
et écouté avec la plus grande attention par les
récepteur
linéaires (sous forme de flutes trainées
à immersion
variable, elles aussi pour profiter des meilleures conditions de
propagation
du moment ( ces conditions peuvent changer très vite,
à l'échelle
de 20 à 50 Km, soit 1 à 2 heures de navigation
à 10
/ 15 Noeuds) . Ce bruit (continu en durée) est surtout provoqué par l'écoulement de l'eau sur la structure du Sous-Marin , par les moteurs, et par les battements des pales des hélices aux vitesses moyennes; aux vitesses élevées, un phénomène de cavitation assez bruyant a lieu (claquements des bulles d'air auto-générées par les pales de l'hélice, très caractéristiques et reconnaissables de loin); à des vitesses plus réduites, on pourra entendre les moteurs des auxiliaires (aération, pompes électriques), le niveau de bruit global ayant bien diminué. Si le SONAR passif s'intéresse aux bruits transitoires, l'opérateur SONAR de la frégate ASM ou du SM peut entendre les portes des tubes lance-torpille s'ouvrir, le bruit du lancement (chasse brutale d'air) , celui des hélices de la torpille qui part, et celui de la porte du tube qui se referme brutalement..., ou encore le Sous-Marin chasser l'air de ses ballast pour plonger, ce qui peut donner des indications exploitables directement en opérations ASM ... |
De quoi est réellement
constitué
cet équipement que l'on appelle un "SONAR" ?
Ce qu'on appelle "SONAR" est un
équipement complexe d'un navire,
constitué d'éléments acoustiques,
électriques, électroniques,
et informatiques.
A bord des navires, on trouve , dans le "Central ASM" toute
l'électronique
et l'informatique des commandes du SONAR et des traitements
appliqués
aux signaux émis par le SONAR (Fréquences Pures
ou Fréquences
Modulées) et à ceux en provenance des cibles.
Entre le navire et l'eau, se
trouve la partie "mouillée" du SONAR,
interface entre le bord et le milieu marin : c'est à dire
son antenne
(+ les treuils et câbles pour les flutes
trainées), qui
permet l' émission d'une impulsion sonore (pour les SONARs
actifs
seulement) et , dans tous les cas, la réception des
échos
de cibles et des bruits de toutes provenances (parasites et menaces).
En
général, lorsqu'on parle de SONAR, c'est de tout
l'ensemble
qu'il s'agit, commande/visualisation + traitements
Emission/Réception
+ partie acoustique trempée (transducteurs) et les systèmes d'émission (électricité de puissance en kW) et de mise à l'eau et remorquage d'antennes (et donc souvent plusieurs tonnes de matériel, au total !).
Le Milieu de Propagation : Mers et Océans du Monde
Rayons et Profils de célérité du son : comme déjà décrit dans la page précédente d' initiation à l' ASM , les rayons sonores émis par un SONAR actif (ou une cible bruyante) se propagent dans l'eau de mer en s' incurvant (dans le plan vertical principalement) vers le haut ou vers le bas, selon l'influence des variations de célérité du son dans l'eau. Il est assez rare qu' il se propage en ligne droite (mais cela arrive parfois, surtout en "petits fonds isothermes", comme par exemple en Mer de Chine du Sud, ou en Manche selon la saison -influence de l'atmosphère oblige-), et les divergences que l'on peut observer dans certains cas créent des zones d'ombre, où cibles et chasseurs se cachent provisoirement.
Lorsque, par rapport à l'immersion où le rayon sonore
se trouve à un moment donné, la
célérité
du son augmente si l'on remonte vers la surface, les rayons sont
déviés
vers le fond. Symétriquement en immersion, si la
célérité
du son augmente lorsque l'on descend, les rayons sonores vont avoir
tendance
à remonter vers la surface ... d'où l'existence
des "chenaux
de propagation" privilégiés, concentrant les
rayons sonores
(comme une fibre optique pour la lumière) parfois sur de
grandes
distances, et propageant les chants des baleines sur plusieurs
centaines
de Km !
A l'inverse, si la célérité du son
diminue au
dessus de l'immersion considérée, alors le son va
remonter
vers la surface directement; et si elle diminue en dessous, ce
même
rayon ira directement frapper le fond (et s'affaiblir lors du choc,
comme
énoncé plus loin).
Nature des fonds : Comme on peut le voir sur le premier dessin de l'article , certains
rayons
sont réfléchis par le fond (lorsque le profil de
célérité
du son est globalement négatif ) avant d'atteindre la cible;
dans
ce cas, le signal va être affaibli plus ou moins, selon la
pénétrabilité
acoustique et la rugosité du fond.
Ce sont les fonds de vase qui atténuent le plus les rayons
sonores,
tandis que les sables réfléchissent une grande
partie de
l'énergie reçue, comme les fonds de gravier et de roches.
Dans ce dernier cas, la réverbération (retour du pulse
sonar émis après réflexion sur le fond / la
surface / le volume d'eau traversé) est plus forte, et dans
certains cas, très gênante.
Bruit ambiant : En
tout endroit de l'Océan, on perçoit sur tout
récepteur
acoustique, du BRUIT, contrairement à l' idée
reçue d'un "Monde du silence" !
Ce
bruit est en général constitué du bruit de mer
(fait par les vagues en surface, en relation directe
avec les vents), du bruit de
trafic lointain (selon
la distance
au "rail de trafic maritime" le plus proche), et des bruits
d'origine
biologique (crevettes "claqueuses", clics de localisation des dauphins et chants des baleines,
claquements des valves des coquillages,
vibrations des vessies
natatoires
et claquements des dents des poissons),
ou tectoniques (craquements
de la croûte terrestre et mouvements de plaques
continentales, en
très basses fréquences). Le bruit d'un navire
proche, gênant
pour la détection passive des autres cibles, est
plûtot considéré
comme un bruit parasite, provenant d'une direction précise,
à
éliminer par le filtrage adapté à la
situation, que
comme un bruit ambiant de nature omnidirectionnelle (comme le bruit de
mer).
Les Cibles (ou objets acoustiques détectables au SONAR) :
Les cibles ont en
général des caractéristiques
passives et actives qui varient fortement selon la
fréquence. Ce
critère doit être pris en compte pour la
définition
des SONARs (ils doivent être capables d'entendre toutes les
fréquences
émises par les cibles/menaces possibles) et leur utilisation
pratique
(cf les exercices de détection en Bande Large et en Bande
étroite
sur l'antenne sphérique passive de proue du SNA américain
type Los Angeles 688i
que l'on peut trouver dans le simulateur sur PC "688i hunter-killer".
Un exemple de bruit (pour SONAR PASSIF) produit par chaque type de
cible est donné pour illustrer le tableau ci-dessus :
Cliquez simplement
sur les photos pour l'écouter.
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