E11 Acoustique et optique océaniques

Topique

L'acoustique océanique étudie la propagation du son dans l'océan, une vitesse qui dépend de la température, de la salinité et de la pression de l'eau, et qui se situe généralement entre 1 450 et 1 550 mètres par seconde. C'est précisément cette dépendance de la vitesse du son aux propriétés de l'eau qui permet au son, lors de sa propagation dans l'océan, de révéler des informations sur la température et la salinité de l'eau qu'il traverse.

Entre 600 et 1 200 mètres de profondeur, il existe une couche où la vitesse du son atteint sa valeur minimale. C'est précisément cette vitesse minimale qui provoque la réfraction et piège le son dans cette couche, formant un canal acoustique profond qui permet aux ondes sonores de se propager sur des milliers de kilomètres avec une dissipation minimale. Cette propagation à très longue portée rend ce canal utile pour la surveillance océanique à distance, le suivi des mammifères marins et la tomographie acoustique décrite ci-dessous.

La tomographie acoustique océanique exploite ce canal acoustique profond pour mesurer le temps de propagation des impulsions sonores entre des paires d'émetteurs et de récepteurs. Ce temps de propagation permet aux scientifiques de déduire la température moyenne de l'eau, intégrée sur l'ensemble du trajet du son, avec une sensibilité de dix millisecondes de délai par degré Celsius de variation de cette température moyenne. Cette technique est, de fait, la seule méthode capable de mesurer la température moyenne de grands volumes océaniques avec une fréquence de mise à jour de quelques heures seulement.

La vitesse des courants océaniques, quant à elle, est mesurée acoustiquement grâce à des profileurs exploitant l'effet Doppler. Ces instruments émettent un signal acoustique que les particules en suspension dans l'eau diffusent vers l'instrument. Le décalage Doppler de ce signal rétrodiffusé permet aux scientifiques de calculer simultanément la vitesse du courant à différentes profondeurs, au sein d'un même profil vertical. L'optique océanique, parallèlement à l'acoustique décrite précédemment, étudie la propagation de la lumière solaire dans l'océan, une propagation qui détermine la quantité d'énergie disponible pour la photosynthèse dans la zone éclairée de la mer. La lumière s'atténue de façon exponentielle avec la profondeur selon la loi de Beer-Lambert, et c'est la concentration de chlorophylle, de matière organique dissoute et de particules dans l'eau qui détermine la vitesse de cette atténuation. C'est précisément cette même composition optique de l'eau qui permet, à partir de la couleur de l'océan observée par satellite, d'estimer la concentration de chlorophylle et, par conséquent, la productivité primaire de l'ensemble de la mer.

Ainsi, de la vitesse du son à laquelle ce document s'ouvre jusqu'à la couleur de l'océan à laquelle il se termine, en passant par le canal acoustique profond, la tomographie acoustique et la mesure Doppler des courants, l'acoustique et l'optique océaniques permettent à l'océan lui-même, par la manière dont il transmet le son et la lumière qui le traversent, de révéler sa propre température, ses propres courants et sa propre productivité biologique.

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