Document: Schéma représentant la constitution d'un sonar
Sonotrode
Un sonar (Sound Navigation And Ranging), est un système de détection basé sur la réflexion d'ondes sonores dans un milieu marin. Ce système peut être comparé au radar, qui est fondé sur la réflexion des ondes radios en milieu aérien. Un système sonar émet généralement des impulsions ultrasonores et reçoit les ondes réfléchies par les obstacles à l'aide d'un capteur sensible.
Différentes utilisations du sonar :
Un sonar est un appareil utilisant les propriétés particulières de la propagation du son dans l'eau pour détecter et situer les objets sous l'eau. Les sonars peuvent être actifs (émission d'un ultrason et écoute de son écho ex: utiliser pour la cartographie marine ) ou passifs (écoute des bruits ex: sous-marin militaire ).
En biologie on parle aussi de sonar à propos des moyens d'écholocalisation dont disposent les cétacés et les chauve-souris (voir I.).
Le sonar de pêche :
Le sonar de pêche est un outil beaucoup plus complexe capable d'effectuer une détection de bancs de poissons dans le plan horizontal. L'antenne, grâce à sa morphologie et à la répartition des transducteurs émetteurs, effectue un balayage panoramique du site.
La pêche est une activité maritime utilisant intensivement les techniques d'acoustique sous-marine. Les navires modernes de pêche sont tous équipés de sonars dont la fonction première est de détecter et de localiser les bancs de poissons. Les équipements à bord des bateaux de pêches sont de trois types:
- Les sondeurs permettant de mesurer la profondeur du lieu
- Les sonars permettant de localiser les bancs de poissons
- Les équipements de chaluts, qui vont permettre de pécher les bancs de poisson
Document: Animation résumant le principe
d'écholocalisation avec l'utilisation du sonar actif
Document: Schéma représentant le fonctionnement du sonar latéral
Document: Schéma représentant l'effet piézoélectrique.
Un système identique à celui des sonars est également utilisé pour les voitures autonomes afin de se repérer dans l’espace et de détecter un objet.
Le sonar passif:
Le principe du sonar passif est d'écouter des sons sans en émettre. Ces sonars sont généralement utilisés dans des applications militaires ou scientifiques. Les sonars écoutent les sons dans l'eau tels que: les sons émis par d'autres sonars, les sons d'hélices ou de moteurs, les sons émis pas les animaux marins... Un sous-marin peut en détecter un autre grâce au sonar passif. Il procède à des phases d'écoute à différentes profondeurs (généralement 3) pour localiser l’autre sous-marin. On appelle cela une 'triangulation'.
Avantage du passif : Il permet de ne pas être détectable en général.
Désavantage du passif : Il ne détecte pas le relief océanique.
Le sonar actif:
Un sonar actif émet une impulsion et écoute son écho sur les obstacles rencontrés. Ces sonars sont généralement utilisés dans des applications militaires (sauf les sous marins) ou scientifiques (ex: cartographie des océans ). Le principe est le même que celui de l'échographie.
On peut moduler la fréquence de l'impulsion, soit pour mieux définir l'environnement proche, soit pour atteindre des portées plus longues mais alors avec moins de précision.
Document: Schéma représentant les équipements à bord d'un bateau de pêche
LE FONCTIONNEMENT DU SONAR :
La constitution du sonar :
La production des ondes sonores et leur réception sont faites grâces aux transducteurs piézoélectriques qui utilisent le principe de piézoélectricité. Ils permettent de traduire un signal électrique en une énergie mécanique et inversement. Les transducteurs piézoélectriques se trouvent dans les émetteurs et les récepteurs.
Ces transducteurs sont constitués d’un cristal céramique piézoélectrique conçu de telle sorte que le barycentre de ses charges positives est confondu avec le barycentre de ses charges négatives. Ils possèdent donc une neutralité électrique, ils sont apolaires. Lorsque ce matériau est soumis à une force mécanique, les barycentres se décalent et par conséquent ce cristal se polarise. C'est cette polarisation qui va entrainer un champ électrique et une vibration, qui selon les matériaux utilisés, sera une onde ultrasons.
Les Sonars
Le sonar latéral :
Le sonar latéral permet la mesure de la réflectivité du fond marin. Un bateau tracte un sonar (de la forme d'un missile) sous l'eau. Ce sonar recueille des données grâce au principe de l'écholocalisation (voir la partie sur les animaux). Ces données sont traitées par ordinateur.
Il y a un grand nombre d'applications des sonars latéraux, en voici quelques unes:
- Surveillance des récifs artificiels, pollution.
- Détermination des structures sédimentaires et rocheuses.
- Localisation des sites de plates-formes pétrolières, pipelines, câbles sous-marins.
- Détection des mines et obus.
- Recherche d'épaves.
Document: Image perçue par le sonar après le traitement par ordinateur.
Dans l’émetteur, on place une tension électrique aux bornes de la céramique ce qui conduit à la polariser, donc à la déformer. La vibration ainsi engendrée est transmise par un élément appelé sonotrode. On peut également trouver un booster entre la céramique et la sonotrode. Celui ci est chargé d’amplifier la vibration.
Dans le récepteur, l’onde sonore renvoyée par écho vient frapper le cristal qui se polarise et permet ainsi la traduction d’un signal électrique sur l’écran de contrôle.