Il est possible de transmettre un signal sans fil entre l’eau et l’air. © JoyImage, Fotolia

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Bientôt des communications sans fil à travers l'eau ?

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Un sous-marin pourrait transmettre directement un message à un avion grâce à cet ingénieux système utilisant la surface de l'océan comme canal de communication.

Sous l'eau, les sonars sont chargés de diffuser les messages. Sur Terre, ce sont les ondes radio qui sont utilisées. Deux systèmes a priori incompatibles : les ondes acoustiques du sonar se propagent parfaitement sous l'eau mais ne passent pas au-dessus de la surface, tandis que les ondes électromagnétiques ont une très faible portée dans l'eau.

Des chercheurs du MIT Media Lab pensent pourtant avoir trouvé une solution pour diffuser un signal sans fil entre les deux milieux. Leur approche, nommée Translational acoustic-RF communication (TARF), se base sur un idée astucieuse : utiliser la surface de l'eau comme canal de communication. Le sonar envoie une onde acoustique qui génère de minuscules vaguelettes de quelques micromètres à la surface de l’eau. Chaque vaguelette « code » le message sous forme de 0 et de 1 grâce à des variations de fréquence. Pour coder un 0, le sonar va par exemple utiliser une onde de 100 hertz ; pour un 1, il utilisera un onde de 200 hertz. Ces micro vibrations sont alors captées par un radar haute fréquence situé en surface qui va pouvoir décoder le message en mesurant l'angle de réflexion. Il va ensuite le recoder sous forme d'ondes radio pour le transmettre dans l'air.

Le sonar génère de très légères vibrations à la surface de l’eau, qui sont « codées » sous forme de 0 et de 1. © geralt, Pixabay

Afin de transmettre une quantité suffisante de données, le système recourt à un procédé de codage appelé Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM), qui consiste à répartir le signal sur plusieurs ondes sous-porteuses. On peut ainsi générer un grand nombre de fréquences simultanément sans qu'elles ne se chevauchent.

Un algorithme élimine les perturbations des grosses vagues

Une des principales difficultés est de capturer les micro vaguelettes au milieu des vagues naturelles de l'océan, beaucoup plus grosses. Même par temps très calme, la surface de la mer est en permanence agitée de vagues d'environ deux centimètres de haut, soit 100.000 fois la taille de celles générées par le sonar. Par mauvais temps, leur hauteur est jusqu'à un million de fois plus élevée. « C'est comme si vous essayez d'écouter quelqu'un chuchoter alors que votre voisin est en train de hurler », illustre Fadel Adib, qui a mené les recherches au MIT. Pour contourner cet écueil, les chercheurs ont mis au point un algorithme qui ignore les vagues les plus lentes pour se concentrer sur les vibrations rapides de plusieurs centaines de hertz. Un peu comme des écouteurs intelligents qui éliminent les bruits de fond.

Un moyen de communication sans fil entre sous-marins et avions. © Christine Daniloff/MIT

Le concept a pour l'instant uniquement été testé en piscine et dans un réservoir d'eau. « Nous avons pu transmettre différents messages à raison de plusieurs centaines de bits par seconde, soit une vitesse similaire à celle des communications sous-marines habituelles », se félicite Fadel Adib. Il reste cependant plusieurs limites à surmonter. D'abord, le radar doit être positionné juste au-dessus de l'eau (20 à 40 cm) pour capter le signal à la surface. Deuxièmement, la transmission fonctionne pour l'instant uniquement avec des vagues jusqu'à 16 centimètres. « Il va falloir améliorer le système pour qu'il soit opérationnel quelle que soit la météo », reconnaît le chercheur.

Dans les boîtes noires des avions

Il n'empêche que cette invention ouvre « tout un champ de nouvelles possibilités », imagine Fadel Adib. « Un sous-marin militaire pourra par exemple communiquer directement avec un avion sans devoir refaire surface et ainsi dévoiler sa position », suggère-t-il. Les robots d’observation de la faune sous-marine ne seront eux aussi plus obligés de constamment remonter en surface pour transmettre leurs informations. Des balises TARF pourraient enfin être directement intégrées dans les boîtes noires des avions afin de faciliter les recherches en cas de crash en mer

  • On peut coder un message  sous forme de vaguelettes de différentes fréquences pour le faire passer de l’eau à l’air.
  • Ce système pourrait servir à transmettre des informations entre un sous-marin et un appareil en surface.
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