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SONAR : Questions / Réponses
 

Pour compléter les pages de ce site SONAR,  voici quelques questions posées récemment par des visiteurs du site, ainsi que les réponses associées, je les publie ici pour que toutes les personnes intéressées en profitent aussi :

QUESTION 1 : Comment se déroule la détection passive ?

* La détection passive peut avoir lieu lorsque l'on a en présence un bruiteur (la cible que l'on recherche, à priori) , le milieu marin (pour la propagation), et une antenne de réception sonar (+ la chaîne électronique de réception et traitement du signal allant jusqu'aux écrans de visualisation du C.O. et à la classification -automatique ou à "l'oreille d'or"- de ces bruiteurs, ainsi qu' au suivi des pistes ainsi crées.

On trouve de bonnes descriptions "in vivo" de ces phases de détection passive dans les romans de M.DI MERCURIO et de T.CLANCY, que vous avez peut-être déjà lus, j'ai prévu d'en faire une page sur mon site, en 2008, mais en attendant, vous pouvez en trouver un certain nombre de titres (et résumés) de ces romans sur le site zone.sousmarins.free.fr/Des sous-marins et des livres.htm.
On peut les trouver facilement aux éditions du " livre de poche", cela vaut le coup de les lire, même s'ils sont +/- "romancés", la trame de propagation sous-marine est assez juste, et sur l'ensemble de ces romans, on rencontre à peu près toutes les situations opérationnelles du sonar passif.

* Le déroulement de la détection passive est simple, sur le principe :

  • La cible fait du bruit en avançant (battements d'hélices par exemple, ou bruits des machines et des auxilliares), dans une plage de fréquences +/- étendue,
  • Le son produit (avec toutes les fréquences de ce son, de 50 Hz à 10000 Hz par exemple pour donner des valeurs courantes) , se propage dans la mer en suivant les règles de la propagation acoustique SM : affaiblissement de l'intensité du son en fonction de la distance et des réflexions sur le fond ou la surface de la mer, et géométrie particulière de cette propagation, dépendant des valeurs de la bathycélérimétrie (vitesse du son en fonction de la profondeur) rencontrée à cet endroit (cf les tracés de rayons sur mon site www.nareva.info);
  • Ensuite, ce son est reçu par l'antenne du sonar , il est transformé par cette Antenne en courant électrique (par les transducteurs constitués de céramiques piezzo-électriques inventées par le Français Pierre Curie en 1880) puis il est amplifié, filtré, et converti en numérique ;
  • Il est enfin traité numériquement (opérations classiques de FORMATION DE VOIES , de DETECTION , et d' INTEGRATION ) par des calculateurs spécialisés (que l'on crée / améliore encore dans des entreprises comme THALES UNDERWATER SYSTEMS), puis la localisation (gisement) de ce son et ses composantes fréquentielles sont affichés sur les consoles sonar du PC ASM (pour analyse et localisation plus poussées) et transmis au système d'armes pour action.

* Bien relire ma page "Détection" , elle décrit l'ensemble du processus sonar actif et passif (sans les détails).

* Consulter pour plus d'informations la BIBLE du domaine : le "URICK" : "Principles of underwater sound" , 3ème édition, de Robert J.URICK , MsGraw-Hill Book Company , Paris, 423 pages , but ... all in English in the text ! (voir ses reférences, en fin de page).

 

QUESTION 2 : Comment le sonar passif perçoit-il les fréquences Hz émises par les autres sonars ?

* Par le moyen de son antenne de réception, un sonar (c'est une OREILLE sous-marine, pour simplifier) peut entendre tous les bruits sous-marins, dont ceux fabriqués par un autre sonar (on parle alors d' "interception d'émission sonar" , INTERCEPTION qui est faite en général avec une antenne particulière, adaptée aux fréquences recherchées), mais il est souvent utilisé, en mode passif, pour écouter d'autres bruits que ceux-là.

* Le son reçu (autres émissions sonar, ou bruiteurs intéressants) est transformé par l'antenne sonar en courant électrique, puis en informations digitales à traiter par l'ordinateur du sonar... Par un traitement de formation de voies (Le sonar tend l'oreille dans une seule direction), on arrive à trouver la direction d'où vient le bruit repéré, et par d'autres traitements, on arrive à distinguer le bruit intéressant" parmi tous les autres (inintéressants, comme le bruit des vagues à la surface, les bruiteurs parasites, le bruit propre du porteur du SONAR, etc...)

* En général, un sonar passif (en mode veille) écoute les bruits autour de lui à des fréquences assez basses car ces fréquences sont à la fois propices aux détections à longue distance, et souvent inhérentes à tous les moteurs et auxiliaires des sous-marins (le 50/60 Hz , entre autres). On a aussi ,en moyennes fréquences, des fonctions de détection / pistage des bâtiments de surface en manoeuvre au-dessus, avec éventuellement une fonction de classification de la cible.

* On a souvent aussi, en veille passive, une écoute plus haute fréquence, pour détecter le plus vite possible les bruits transitoires ou HF hautes fréquences, comme ceux provoqués par les ouvertures / fermetures de portes des tubes lance-torpilles, les chasses d'air des ballasts, les émissions HF des sonars de torpilles, les explosions, etc...

* 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 antennes (taille, emplacement, plages de fréquences observées, sensibilité, etc...) et l'utilisation opérationnelle des différentes antennes SONAR (Elles doivent être capables d'entendre toutes les fréquences émises par toutes les cibles/menaces possibles, pour les transmettre au coeur de traitement du SONAR) . On aura donc, par exemple, des antennes ponctuelles (ou presque) pour l'interception des émissions sonar, des antennes sphériques ou cylindriques à l'avant du SM, ou surfaciques (les panneaux de flanc de SM) pour la détection-pistage-identification en Basses à Moyennes fréquences , avec un bon rendement en Bande Large , et des antennes linéaires tractées (les flûtes) loin derrière le SM ou le BS, pour les détections lointaines ou difficiles, en Basses et Très Basses fréquences, et plutôt en Bande étroite, ce sont les meilleures antennes pour les grandes portées de détection : Avec peu de bruit propre, protégées du bruit rayonné du porteur par la distance filée derrière le SM, elles permettent aussi de couvrir en détection le secteur arrière (qui est souvent un secteur aveugle si l'on ne sort pas une flûte), ce que ne permettent pas les autres antennes. Chaque antenne a donc des avantages et des inconvénients en performances de détection, selon son emplacement sur le porteur et sa constitution géométrique.

* 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 récent simulateur de sonars sur PC "DANGEROUS WATERS" sont intéressants : je vous invite à acquérir ce simulateur sur PC (ok sur XP, et ok sur Vista pour moi) et à l'essayer : On y trouve beaucoup d'explications sur le SONAR, et même des exercices d'écoute à la mer avec des sonars passifs, le tout pour moins de 40 EUR ! beaucoup de marins ex-sonaristes ou sous-mariniers l'utilisent pour pratiquer le SONAR, seuls ou en réseau sur le net (voir sur le site français www.mille-sabords.com) , et s'entraîner sans avoir à naviguer réellement.


 
 

QUESTION 3 : Si j'ai bien compris le système Hertzien, je n'arrive pas à comprendre comment la fréquence émise peut-elle revenir ?

* C'est aussi simple que le principe de l'écho en montagne :

    • le son émis (c'est le mode ACTIF du sonar) se réfléchit sur un obstacle plus ou moins dur (ou "réfléchissant", on parle d'index de cible, "target strenght") et revient vers l'endroit où il a été émis, après déformation et affaiblissement (l'écho est souvent déformé en fréquence et multiple car plusieurs trajets acoustiques sont possibles : c'est pareil sous l'eau !
    • Le SONAR actif émet un son (pur ou modulé en fréquence), puis, un certain temps après, reçoit sur son récepteur, en retour, un écho qui ressemble +/- à ce qu'il a envoyé, déformé par la propagation sous-marine, et affaibli par les impuretés et inhomogénéités de l'eau ... si et seulement si il y a une cible devant lui, qui a renvoyé ce son, après réfléxion sur ses structures.
    • Tout ceci en plus dans un bruit ambiant (vagues, crevettes, trafic maritime) gênant à filtrer ... , et souvent noyé dans une réverbération (le fameux "effet cathédrale") lorsque l'on est près des côtes ! Tout l'art d'un "bon" SONAR est de "sortir" le signal intéressant de tout ce bruit gênant.

 
 

QUESTION 4 : Pourriez vous m'indiquer les titres de livres spécialisés sur l'ASM, entre autres ceux des auteurs que vous citez sur votre site ?

* Le "URICK" : "Principles of underwater sound" , 3ème édition, de Robert J.URICK , MsGraw-Hill Book Company , Paris ou NY. , en Anglais seulement, vu sur amazon.com à 69 EUR ces jours-ci. (La bible du domaine, même s'il commence à dater un peu 1ère édition :1967 , 3ème :1983).

* Le livre "Acoustique sous-marine , Présentations et applications", de Xavier LURTON, éditeur IFREMER, paru en 1998, vu à 27 EUR sur chapitre.com , peut-être le plus facile pour commencer ... et en Français dans le texte, ce qui ne gâte rien !. (environ 100 pages)

* ou son autre livre, en Anglais, plus complet (plus de détails sur les sonars militaires) que l'édition Française, à 117 EUR sur amazon.com aussi, "An introduction to Underwater Acoustics : Principles and Applications" de X. LURTON, 330 pages, bien plus technique, mais + intéressant à ce titre aussi.

* Le "WAITE" , "Sonar for practising engineers" , de A.D. WAITE (ex-THALES) , vu sur amazon.com en Anglais (69EUR) , sur la conception du Sonar (technique et maths, complet, bonne synthèse de tous les pb rencontrés en ASM).

* Le livre "Cours d'acoustique sous-marine" , de L. GUIEYSSE et P.SABATHé (ex-THALES) , écrit en 1963 et ayant servi pour la formation des Officiers de la Spécialité "Armes sous-marines" de la Marine Nationale. Assez technique et en Français , type polycopié de cours, il n'est plus en vente, (on peut le trouver d'occasion sur internet par exemple à Quirky books librairie à Paris en avril 2010) , mais je peux avoir un contact direct avec l'un des 2 auteurs (P.Sabathé) , si besoin. Page internet sur P.Sabathé, pour info , datant de 1994 : www.espace-sciences.org/science/10065-sciences-ouest/10223-103/10821-dossier-du-mois/16384-l-oceanographie-en-bretagne/16386-entretien-avec-pierre-sabathe/index.html

* et, plus simplement le site internet wikipédia, avec les mots-clé "sonar", "asm", "propagation" , etc... ainsi que l' inévitable (et performant) moteur de recherche google, avec "livre acoustique sous-marine" en mots-clés par exemple .


 
  à suivre, selon vos prochaines questions ....

 

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