D5 Acoustique sous-marine

Topique

L'acoustique sous-marine exploite la propagation du son dans l'océan pour mesurer à distance des propriétés, ou dans des volumes d'eau inaccessibles aux capteurs conventionnels. La vitesse de propagation du son dans l'eau de mer dépend simultanément de trois facteurs : la température, la salinité et la pression, comme le décrit la formule de Mackenzie. Cette vitesse augmente avec la température, bien que l'intensité diminue avec celle-ci ; elle augmente également avec la salinité au-delà d'une valeur de référence proche de 35 unités pratiques de salinité (UPS) ; et enfin, elle augmente avec la profondeur, la pression de l'eau augmentant. Entre 700 et 1 200 mètres de profondeur, il existe une couche où la vitesse du son atteint sa valeur minimale. C'est précisément cette valeur minimale qui permet au son d'être piégé dans cette couche et de se propager sur des milliers de kilomètres avec une perte d'énergie minimale.

La tomographie acoustique océanique tire parti de cette propagation à longue distance : elle mesure le temps de parcours d'une impulsion sonore entre un émetteur et un récepteur, et utilise ce temps de parcours pour déduire la température moyenne de l'eau tout au long du trajet du son. La précision de cette technique est de seulement dix millisecondes de temps de propagation, soit l'équivalent d'une quinzaine de mètres de distance, ce qui correspond à une précision d'un centième de degré pour la température moyenne de toute la colonne d'eau traversée. C'est cette précision qui permet à la tomographie acoustique océanique de détecter des variations de température trop faibles pour être détectées par d'autres méthodes à cette échelle.

Le profileur de courant Doppler longue portée, quant à lui, utilise des impulsions de fréquence beaucoup plus basse, entre 75 et 300 kilohertz, pour profiler les courants jusqu'à des profondeurs comprises entre 300 et 800 mètres. C'est précisément cette fréquence plus basse qui lui confère une portée bien supérieure à celle d'un profileur de courant Doppler conventionnel. Par conséquent, cet instrument est la référence pour les grandes campagnes hydrographiques mondiales et les opérations de surveillance à long terme. Le sonar multifaisceaux, quant à lui, ne mesure ni la température ni les courants, mais la topographie du fond marin : il émet un éventail de faisceaux acoustiques vers le bas et capte les échos renvoyés par le fond, établissant ainsi des cartes bathymétriques d'une résolution de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres et couvrant une zone de plusieurs kilomètres à chaque passage. C'est la méthode de référence pour la cartographie des fonds marins. Elle permet la détection de structures géologiques et de panaches hydrothermaux ; de plus, l'analyse de l'intensité de l'écho permet d'identifier le type de fond marin à l'origine de cet écho.

L'écoute passive par hydrophones, enfin, n'émet aucun son : elle se contente d'écouter l'océan, et cette écoute suffit à détecter la présence de mammifères marins, de séismes et d'explosions nucléaires sous-marines. Ainsi, un simple hydrophone, sans émettre de son, peut surveiller l'océan avec autant de précision que des instruments qui émettent du bruit. Ainsi, entre les sons émis et reçus par l'acoustique sous-marine — la tomographie qui mesure la température, le profileur qui mesure les courants, le sonar qui cartographie les fonds marins — et les sons qu'elle capte simplement sans rien émettre, l'acoustique sous-marine finit par être le seul moyen de voir, d'entendre et de mesurer un océan qu'aucune autre technique ne peut pénétrer pleinement.

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