1.4 Mécanisme :

 

 


 Figure 5: La chaine d'acquisition

 

 

       La chaîne d’acquisition est identique à tous les systèmes acoustiques d’imagerie. D’abord, un transmetteur relié à une alimentation génère ou amplifie des signaux électriques. Ensuite, un transducteur transforme l’énergie électrique en énergie sonore et inversement lors de la réception. Enfin, un câble électroporteur conduit le signal électrique résultant à bord du navire ou il sera traité par un système de réception électronique. Dans le but d’être convenablement visualisable analysable et stocké ce signal sera alors sujet à une pré-amplification, un filtrage et à une numérisation.

 

1. 4. 1    Emission et réception :

 

      Les sonars à balayages latéraux sont des systèmes acoustiques de types émetteur- récepteur composés de deux voies composés de deux voies disposées symétriquement de part et d’autre du poisson.

 

     Utilisation d’un transducteur en réception et émission :

     Double fonction du transducteur : 

-         A l’émission : transforme l’énergie électrique en énergie sonore

-         A la réception : transforme l’énergie sonore en énergie électrique

 

Dans ce but, il existe à l’intérieur du transducteur, deux plaques piézo-électriques en céramique qui s’étirent ou se contractent sous l’influence d’un champ électrique. Ce mécanisme est à l’origine d’une impulsion sonore lors de l’émission.

 

Au bout d’un nombre déterminé de cycles, les transducteurs entament une phase d’écoute. C’est le principe de la réception. Les impulsions ultras sonores successives se propagent dans l’eau vont être réfléchies sur le fond. Seul l’onde spéculaire c'est-à-dire celle qui empreinte la même trajectoire après réflexion est reçue par le transducteur. A réception, une déformation des plaques piézo-électrique va engendrer des charges électriques à leur surface. Une reconversion de l’onde acoustique en énergie électrique est alors effectuée. Le signal électrique  résultant correspond à l’écho.

 

Or, un transducteur ne fournit l’image que du coté ou il est placé. Afin d’étendre la zone d’étude, les sonars sont équipés de deux transducteurs, un à bâbord et l’autre à tribord. Egalement, pour éviter les diaphonies (phénomènes d’interférence entre deux ondes), on emploi des fréquences différentes pour chaque transducteurs.

 

Des antennes allongée de geométrie rectangulaire sont installés de part et d'autre du poisson . Elles gèrent la directivité des faisceaux et de ce fait leurs angles d'ouverture.

Des deux transducteurs latéraux sont donc émis des faisceaux très fins. Ceux- ci sont caractérisés par :

 

-         un degré d’ouverture en gisement (dans le plan horizontal)

-         20 à 50 ْ d’ouverture en site (plan verticale)

 

 

Figure 6 : Exemple d’ouverture des faisceaux dans le plan longitudinal et transversal

 

 

 


Figure 7: Angles du faisceau émis

En gisement: 2Ө3 Tres étroit, directif

En site: 2α3 Le plus ouvert possible

 

 

Le faisceau est caractérisé par :

-         1 lobe principal définit par

·        les angles 2Ө3 et  2α3 en radian

·        la longueur d’onde du signal sonore en m ( l )

·        les dimensions du transducteur ( L et l )

-          lobes secondaires   

                      

Le lobe principal est entouré d’une couronne qui correspond aux lobes secondaires. Dans le faisceau acoustique émis, l’intensité sonore du lobe secondaire est très inférieur (- 40 dB) à celle du lobe principal.

Quand le transducteur est orienté verticalement par rapport au fond, le lobe secondaire heurte la surface du sol marin avec une incidence rasante. L’écho rétrodiffusé est donc fortement atténué et tend à être négligeable.

 Perte par transmission :


     La mer est un milieu de propagation dissipatif, c'est-à-dire que l’onde émise est dissipée par transmission ou absorption ou plus précisément par frottement ou par réaction chimique.

 
Ainsi, l’amplitude du signal s’affaiblit au cours de la propagation. La perte par transmission traduit cette diminution de l’intensité acoustique.

 
Deux phénomènes expliquent cette perte par transmission :

  -  La divergence géométrique c'est-à-dire le fait que l’énergie émise est de plus en plus diluée dans l’espace en s’éloignant de la source. Dans un milieu homogène, pour une source à rayonnement sphérique, l’énergie émise est conservée mais se répartie sur des sphères de rayon de plus en plus grand. Cet étalement traduit donc une diminution d’intensité proportionnellement à la surface.

 

 -     L’amortissement qui dépend des caractéristiques du milieu de propagation c'est-à-dire de la température, de la salinité, de la pression hydrostatique et de la fréquence de l’onde émise. Il provoque une diminution de pression acoustique (en dB) proportionnelle à la distance parcourue

 

 

Cette perte de propagation va limiter la portée du système sonar. Elle est traduite par un coefficient d’absorption. Ainsi, plus la fréquence est basse, plus le coefficient  d’absorption est faible.

 

 
1.4.2      Les différents échos :


Le niveau de l'echo dépend : -  de l'incidence du faisceau

                                               -  du pouvoir réflecteur du fond

                                               -  de la morphologie

 

      Ainsi, l'intensité du signal est autant modifié lors d'un changement de pente que par un changement de la nature du fond.

Plusieurs echos echos éxistent donc et diffèrent suivant la nature de la réflexion qui leur donne naissance.

Echos liés à la réflexion spéculaire :

 

 

Figure 8: La réfexion spéculaire 

     A l’émission, les rayons sonores ont une incidence presque normale avec le fond (à + ou – 5°). Sur un obstacle la quasi-totalité de l’énergie émise est alors réfléchie  dans une seule direction. Les échos résultants sont donc caractérisés par de fortes amplitudes de courtes durées comparables à celle du signal émis.

 

 

 

      Echos liés au phénomène de réverbération :

 

 

 Figure 9: Le phénomène de réverbération

     La réverbération correspond aux problèmes d’interaction entre la diversité des fonds marins et une onde acoustique.

Ainsi lorsqu’une onde acoustique se propage dans le milieu marin, une partie de son énergie est réfléchie de façon incohérente en phase et en direction. C’est le phénomène de réverbération ou rétrodiffusion.

Les échos de réverbération sont causés par la réflexion des ondes sonores sur le fond marin lorsque l’incidence du faisceau est supérieure à l’incidence normale.

Ces échos ont donc une amplitude et un niveau acoustique plus faible que celui de la réflexion spéculaire.

 

 

La quantité d’énergie réverbérée dépend  - du coefficient de réverbération

                                        - de la lithologie du fond

                                        - de l’angle d’incidence

 

Exemple :

 

Le passage de la vase au substrat rocheux est marqué par un changement de la valeur du coefficient de réverbération (variation de 20 à 25 décibel)

Expression de l’indice de réverbération :

 

        R = 10 log (Ir/ Ii)         Ir : intensité sonore réverbéré à 1m d’un élément de surface

                                              Ii : intensité sonore incidente mesurée au centre de l’élément réverbérant

 

 

                       C.  Notion d’ombre :

 

  Le relief sous marin est à l’origine du phénomène de la formation d’ombres.

Sur le fond, un obstacle de dimension suffisante va en effet intercepter une partie du secteur angulaire verticale émis. La réflexion par le fond est alors interdite, une zone en dépression ne peut renvoyer l’énergie émise par le transducteur.

 Figure 10: Mise en évidence d'une ombre

 

En résultat, l’écho reçu sera de très  faible niveau pendant une durée dépendante de l’angle de rasance et de la hauteur de l’objet masquant. Une ombre dont la forme correspondra à celle de l’objet en relief sera ainsi mis en évidence. Celle-ci apparaîtra en blanc sur le sonagramme.  Aussi, l’analyse de la longueur de l’ombre projetée permettra une estimation de la taille et de la forme de l’obstacle.

 

 

Figure 11: Ombre dans une zone insonifiée