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L'acquisition des données acoustiques

Dossier - Les fonds océaniques en 3D
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Les océans couvrant 70 % de la surface terreste, la cartographie marine est un grand défi auquel participe l'Ifremer pour la connaissance du milieu océanique. Découvrez le métier, les techniques et les réalisations cartographiques.

  
DossiersLes fonds océaniques en 3D
 

L'acoustique est aujourd'hui la seule technique applicable pour la mesure directe des fonds marins, quelque soit leur profondeur. Les sondeurs multifaisceau et les sonars latéraux sont les outils d'acquisition utilisés pour réaliser les levés cartographiques. Chaque système a ses propres spécificités (en terme de signal acoustique, gamme de profondeur, précision, couverture...).

© Ifremer Reproduction et utilisation interdites

Un réseau régulier de déplacements du navire sur une zone permet une insonification systématique du relief.

Exemple de routes suivies par le navire (en noir) pour la cartographie systématique d'une zone d'étude (marge guyanaise) © Ifremer Reproduction et utilisation interdites

Les données obtenues sont la bathymétrie et l'imagerie sonar :

- La bathymétrie est la mesure des profondeurs. Elle consiste à exploiter les temps de parcours des signaux acoustiques. A l'instar des sondeurs monofaisceau, les sondeurs multifaisceau permettent d'obtenir un levé bathymétrique dense du relief.

- L'imagerie est basée sur la mesure du niveau de réflectivité des fonds. C'est une donnée également complétée par les prélèvements, pour étudier et cartographier la nature des sédiments superficiels.

1 - Le sondeur multifaisceau

Un sondeur multifaisceau est un sondeur acoustique à large ouverture angulaire (jusqu'à 150°). Il mesure simultanément la profondeur selon plusieurs directions, déterminées par les faisceaux de réception du système. Ces faisceaux forment une "fauchée" perpendiculaire à l'axe du navire.

Sondeur multifaisceau grands fonds installé sur le N/O Le Suroît Antennes d'émission et de réception du sondeur. © Ifremer Reproduction et utilisation interdites

Le principe de fonctionnement est le même quel que soit le sondeur. A chaque cycle d'acquisition et perpendiculairement à la route du navire, les sondes bathymétriques sont calculées à partir du temps aller-retour du signal. L'enregistrement du niveau de rétro-diffusion du signal acoustique sur le fond, qui est en partie dépendant de la nature du sédiment et de la morphologie, permet de générer une image sonar du fond en teintes de gris.

Insonification du fond © Ifremer Reproduction et utilisation interdites

La fréquence du signal acoustique est spécifique à chaque sondeur : des fréquences relativement basses (12 KHz) sont adaptées pour la cartographie des grands fonds, et des fréquences hautes (100 KHz) pour les zones côtières.

La densité des sondes varie selon les profondeurs et le type de sondeur : elle atteint l'ordre métrique dans les zones côtières, jusqu'à un ordre hectométrique dans les plaines abyssales. Quant à la mesure de profondeur, sa précision ne dépasse pas 1 % de la hauteur d'eau...
La vitesse usuelle d'un navire en opération se situe entre 8 et 10 nœuds (environ 15 km/h). Chaque passage du navire couvre une bande d'une largeur de l'ordre de 5 à 7 fois la profondeur. Environ 90 jours seraient ainsi nécessaires pour cartographier la superficie de la métropole, immergée dans 2000 à 3000 mètres d'eau... !

Pour les études "très haute résolution" en grand fond, l'Ifremer s'équipe également d'un sondeur multifaisceau remorqué près du fond, installés sur le robot télé-opéré de l'Ifremer Victor 6000. En approchant la source acoustique à quelques mètres du fond marin, la cartographie atteint une très haute définition. A titre comparatif, on peut aujourd'hui imager un terrain de golf avec une précision spatiale de l'ordre du mètre, par 5000 mètres de profondeur... !

2 - Le sonar latéral

Un sonar latéral a pour fonction de constituer des images acoustiques détaillées des fonds marins. Le principe en est d'une géniale simplicité: un faisceau sonore étroit est émis avec une incidence rasante, et intercepte le fond selon une fine bande s'évasant avec la distance. A l'intérieur de cette zone, le signal émis, très court, va délimiter une zone insonifiée de très faible dimension qui va balayer toute la zone couverte ou fauchée. L'écho ainsi recueilli au cours du temps est une représentation de la réflectivité du fond le long de la fauchée, et surtout de la présence d'irrégularité ou de petits obstacles qui sont "vus" par le signal très résolvant. Ce signal, enregistré latéralement à la direction d'avancée du sonar est juxtaposé aux signaux successifs déjà obtenus par le sonar pendant son avancée, constituant ainsi, ligne après ligne, une véritable "image acoustique du fond".

Mise en œuvre d'un sonar latéral - A: poisson remorqué - B: surface insonifiée instantanée C: surface couverte par les émissions précédentes (Extrait de "Acoustique sous-marine - Présentation et applications", Xavier Lurton, éditions Ifremer, 1998) © Ifremer Reproduction et utilisation interdites

Un sonar latéral comporte deux antennes acoustiques d'émission / réception installées de part et d'autre d'un "poisson remorqué" qui navigue, par rapport à la profondeur, à une faible distance au-dessus du fond.

3 - Que voit-on sur l'image ?

Les images sonar ou sonogrammes, généralement représentées en niveau de gris, indiquent la répartition des différents types de sédiments superficiels et des fonds rocheux ainsi que leur morphologie détaillée :

Extrait d'image sonar © Ifremer Reproduction et utilisation interdites

- les fonds les plus réfléchissants, équivalents à des affleurements rocheux, apparaissent en sombre, tandis que les fonds vaseux apparaissent plus clairs ;
- les reliefs les plus importants produisent des zones d'ombres d'autant plus larges que le faisceau est rasant. Une obstruction (ou un obstacle) est en général identifiée grâce à son "ombre".

Deux types de sonars sont mis en œuvre à l'Ifremer :

- les sonars « grands fonds », pour opérer dans des profondeurs d'eau allant de 200 à 5000 mètres, avec une résolution de l'ordre du quart de mètre ;

Le SAR (Sonar Acoustique Remorqué) © Ifremer Reproduction et utilisation interdites

- les sonars « petits fonds », utilisés pour des investigations entre 5 et 250 mètres avec une résolution de l'ordre du dixième de mètre.

Sonar latéral petits fonds, mise à l'eau © Ifremer Reproduction et utilisation interdites