Étude de la nature des fonds marins par inversion géoacoustique passive avec un hydrophone

Étude de la nature des fonds marins par inversion géoacoustique passive avec un hydrophone

Positionnement thématique

    PHYSIQUE (Propagation d’un signal), INFORMATIQUE (Modélisation d’une courbe, théorie)

Mots-clés

Mots-clés (en français)                                Mots-clés (en anglais)

Inversion Géo-acoustique passive                   Passive geoacoustic reverso

Réponse impulsionelle                                Impulse response

Acoustique sous-marine                                Underwater acoustic

Coefficient de réflexion                                Reflexion coefficient

Résolution par inversion                                Solving by inversion

Bibliographie commentée

Paragraphe 1 : INTRODUCTION DU SUJET

        L’océan est le deuxième poumon de la Terre. En effet, il absorbe environ 1/4 du CO2 que nous émettons grâce aux phytoplanctons qui les stockent en profondeur, sans cela le réchauffement climatique serait encore plus prononcé, mais ces phytoplanctons transforment le CO2 en oxygène qui remonte ensuite dans l’atmoshpère, la majorité de l’oxygène que nous respirons provient donc des océans (entre 50 et 85%).

De plus, de nombreuses espèce marines sont menacées de nos jours, or protéger la biodiversité marine devient vital car l’alimentation d’une majeure partie de l’humanité dépend de la pêche.

Enfin l’océan est une espace économique majeur, 90% de la marchandise planétaire est transportée par cargo mais pour continuer à naviguer, il ne faut pas que celui-ci devienne instable.

Afin de préserver la biodiversité et l’équilibre d’un espace majeur de notre planète, déterminer la nature des fonds marins est indispensable.

        Une méthode existe : la tomographie acoustique océanique. Elle utilise les ondes acoustiques afin de mesurer les paramètres d’état physique des océans et des profondeurs. On compare les mesures de la propagation du son (les différences de temps d’arrivée sur un capteur, les intensités etc.) au modèle théorique en jouant sur différents paramètres (fonds, nombre de couches, masse volumique du sédiment) pour en déduire les caractéristiques du milieu dans lequel le son s’est propagé.

        Inverser le problème est un moyen de remonter à ces caractéristiques, ce procédé utilise un unique capteur en exploitant au mieux la propagation multi-trajet et la signature temps-fréquence des signaux émis [1]. Plus il y a d’inconnues sur le milieu (composition du fond, nombre de couches,   atténuation du son) et sur la source (profondeur, nature), plus il est difficile de résoudre le problème. Dans cette étude, l’inversion géo-acoustique consiste à expertiser les propriétés particulières du fond marin, ceci en étudiant l’impact qu’a l’environnement sur la propagation acoustique [1].

        Nous nous placerons dans le cadre de l’acoustique passive autonome, un moyen discret, non intrusif et respectueux de l’environnement envers la faune marine (en termes de nuisance sonore, d’état écologique)[2].

        L’inversion géo-acoustique passive est un très bon moyen de se rapprocher au mieux des performances qu’atteignent les techniques actives qui sont : connaître la position de la source, son déplacement, la forme d’onde et le niveau émis sont inconnus. Le tout en prenant en compte la discrétion, le respect de l’environnement, les restrictions de coût et la non-intrusivité. Ces facteurs pourront être contournés grâce à la méthode passive en utilisant les signaux qu’émettent certains mammifères marins (baleine, dauphins, béluga etc.)

        Les mammifères marins offrent des signaux extrêmement riches mais ceux-ci restent encore peu exploités. De plus ces signaux sont très diversifiés et offrent un large panel d’information (fréquences, durée, forme, type etc.) [2]. Dans le cadre de ce TIPE nous exploiterons ces sources d’opportunités pour réaliser l’inversion.

Paragraphe 2 :  DIFFICULTÉS

Pour des raisons de coût et de préservation de l’environnement marin, nous nous plaçons donc dans le cadre de deux contraintes majeurs :

• Etude passive : pas de signal émis, utilisation des ondes acoustiques déjà présentes dans le milieu (mammifères marins, activité humaine…)
• Un seul capteur : l’étude est réalisée avec les signaux reçus par un uniqe hydrophone, pour ne pas avoir à placer un réseau de capteurs

Ces contraintes peuvent également permettre à l’étude de se plier aux contraintes d’un contexte tactique militaire de discrétion.

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