Sondeur bathymétrique - Définition et Explications

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Un sondeur bathymétrique est un appareil servant à mesurer la profondeur.

Les sondeurs sont généralement acoustiques : la profondeur est déduite de la mesure du temps de trajet d'un signal acoustique réfléchi par le fond.

Il existe deux types de sondeurs acoustiques : les sondeurs monofaisceau et les sondeurs multifaisceaux.

Sondeurs acoustiques monofaisceau

Schéma de montage d'un transducteur sous la coque
Schéma de montage d'un transducteur (Un transducteur est un dispositif convertissant une grandeur physique en une autre.) sous la coque

Les sondeurs acoustiques les plus courants sont des sondeurs monofaisceau : le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes...) est émis vers le nadir ( Le nadir (de l'arabe Nazir : opposé ) en astronomie est le point de la sphère céleste représentatif de la direction verticale descendante, en un lieu donné (par opposition à...) par un transducteur à large ouverture (typiquement plus de 30°) et réfléchi par le fond ; l'écho est reçu par le même transducteur. Connaissant la célérité (La célérité (traditionnellement notée c) est la vitesse de propagation d'un phénomène ondulatoire. Elle varie selon les composantes fréquentielles de l'onde et son milieu de propagation.) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de...) du son, la mesure du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de parcours permet d'accéder à la profondeur minimale entre l'émetteur/récepteur et le fond.

Sondeurs acoustiques multifaisceaux

Les sondeurs acoustiques les plus modernes sont des sondeurs multifaisceaux, qui permettent en un seul passage (fauchée) de décrire la bathymétrie (La bathymétrie est la science de la mesure des profondeurs de l'océan pour déterminer la topographie du sol de la mer.) d'une bande pouvant atteindre plusieurs kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) de largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En...). Le principe de la mesure est le suivant :

  • un signal acoustique est émis par un transducteur (ou plutôt, généralement, un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de transducteurs) à large ouverture angulaire latérale;
  • le signal réfléchi par le fond est reçu par un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire...) de transducteurs perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient...) à la coque du navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de s'appliquer les règlements techniques de...).

Par combinaison (Une combinaison peut être :) des signaux reçus par les transducteurs du réseau (formation de voies), on peut reconstituer le signal réfléchi par le fond dans des faisceaux angulaires étroits (de l'ordre de 1°, ou moins) : les sondeurs modernes peuvent ainsi former plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de voies. À chaque signal émis ("ping (Ping (acronyme de Packet INternet Groper) est le nom d'une commande informatique (développée par Mike Muuss) permettant d'envoyer une requête ICMP 'Echo' d'une...)") correspondent ainsi plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de signaux reçus, chacun représentant le signal réfléchi par un secteur angulaire étroit, et donc une petite zone du fond ; sur chacun de ces signaux on peut mesurer :

  • un temps de parcours, et donc, une distance oblique, d'où peut se déduire une profondeur à une position donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) si l'on connaît la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) de la mesure (position et attitude du navire)
  • une intensité de signal, qui dépend de la géométrie de la mesure et de la réflectivité du fond (donc, de sa nature : roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du...), vase, etc.). La combinaison des informations reçues, pour des fauchées successives, permet de décrire très finement les profondeurs sur une largeur qui dépend de l'ouverture angulaire du sondeur (de quelques dizaines de mètres par faibles fonds, à plus de 20 km par grands fonds) , mais aussi de constituer une image du fond représentative de la nature des fonds marins.

Autres techniques

Le plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) de sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ (champs électriques et...) n'est plus utilisé depuis plusieurs décennies ; il s'agissait d'un lest profilé (Un matériau profilé est un matériau auquel on a donné un profil, une forme déterminée.) à l'extrémité d'une ligne graduée ; si l'on souhaitait connaître la nature du fond, une cavité du plomb pouvait recevoir une substance malléable - traditionnellement du suif - qui recueillait des particules de sédiment sur le fond (sable ou vase), ou restait marquée par la rugosité du fond.

Seules les techniques acoustiques sont utilisables dès que la profondeur à mesurer dépasse quelques dizaines de mètres. Par faibles fonds, d'autres techniques peuvent être employées, comme la bathymétrie laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...), qui peut être mise en œuvre à partir d'un aéronef (Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère terrestre. On distingue deux catégories d'aéronefs : l'aérostat et...), et est basée sur la mesure de la différence de temps de parcours d'un même rayon lumineux réfléchi par la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et par le fond : connaissant la géométrie de la mesure (position de l'émetteur, attitude, angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d'émission, etc.) et la célérité de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm...) dans l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.), on peut en déduire la profondeur et la position associée. Cette technique permet une bonne précision (jusqu'à quelques cm sur la verticale) et une très bonne résolution horizontale (meilleure que le mètre), mais elle est limitée aux faibles profondeurs (quelques dizaines de mètres, suivant la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est transparent...) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de mer et la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) du laser choisi ; les meilleures pénétrations sont obtenues dans le bleu-vert).

Précautions d'utilisation pour la navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :)

  • Vérifier le zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans...) (quel tirant d'eau a été introduit en mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) auparavant)
  • Choisir l'échelle adaptée à la mesure recherchée, dans l'incertitude, aller de la plus forte à la plus faible.
  • Ajuster le gain d'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) pour avoir un signal correct, ni trop fort ni trop faible.
  • Ajuster le TVG pour des profondeurs entre 0 et 50m . TVG mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) réduira les signaux dans la zone proche du transducteur ou il peut y avoir des perturbations et bulles d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de...).
  • Observer l'échelle directement supérieure pour contrôler la mesure, en effet si le retour d'écho revient après le départ de l'impulsion suivante, il sera pris à tort pour une profondeur plus faible, alors qu'il n'en est rien.
  • La vitesse (On distingue :) de propagation du son dans l'eau peut varier en fonction de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant...) (de 1450 m/s en eau douce et froide à 1550 m/s en eau salée et chaude), ne pas prendre les indications du sondeurs pour vérités vraies. Ceci est dailleurs valable en général. Toujours recroiser les renseignements (Système de positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et...) par satellites (Satellite peut faire référence à :), Radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des...), Sondeur, observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) astronomique, etc.).
  • La précision usuelle d'un sondeur est de l'ordre de 3% (c’est-à-dire que l'erreur sur la mesure est généralement inférieure à 3% de la profondeur mesurée).
  • connaître les paramètres géodésiques de la zone de sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage peut également être une méthode statistique d'analyse d'une population humaine ou non humaine à...).
  • tenir compte de la marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.) et la corriger par rapport au zéro géodésique (En géométrie, une géodésique désigne le chemin le plus court, ou l'un des chemins s'il en existe plusieurs, entre deux points d'un espace une fois qu'on s'est donné un moyen de mesurer les distances, c’est-à-dire-une...) (élipsoïde) employé.
  • connaître les paramètres DGPS en Z.
  • utiliser une centrale d'attitude pour corriger les mouvements du mobile sur lequel est fixé la sonde (houle, roulis, tangage et pilonnement).
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