Sondeur bathymétrique
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En pratique : Quelles sources sont attendues ? Comment ajouter mes sources ?Un sondeur bathymétrique est un appareil servant à mesurer la profondeur.
Les sondeurs sont généralement acoustiques : la profondeur est déduite de la mesure du temps de trajet d'un signal acoustique réfléchi par le fond, il s'agit d'une pseudo-distance.
Il existe deux types de sondeurs acoustiques : les sondeurs monofaisceau et les sondeurs multifaisceaux.
Histoire
[modifier | modifier le code]La pose d'un câble télégraphique transatlantique avec succès en 1866 a incité les savants à déterminer avec précision la profondeur des océans.
En 1876, le biologiste suisse Hermann Fol imagine l'appareil capable de mesurer cette profondeur, appelé piétromètre, enregistreur basé sur un manomètre. Mais son appareil resta à l'état de projet[1].
L'année suivante, l'inventeur allemand Werner Siemens imagine un nouvel appareil, appelé bathomètre, dont le principe repose sur le fait que l'intensité de la pesanteur d'un corps diminue proportionnellement à la densité des couches immédiatement sous-jacentes[2].
Le plomb de sonde n'est plus utilisé depuis le milieu du XXe siècle, mais il fait toujours partie de l'équipement de sécurité obligatoire pour tout bateau à partir de la 4e catégorie[3]. C'est un lest profilé à l'extrémité d'une ligne graduée ; si l'on souhaitait connaître la nature du fond, une cavité du plomb pouvait recevoir une substance malléable - traditionnellement du suif - qui recueillait des particules de sédiment sur le fond (sable ou vase), ou restait marquée par la rugosité du fond.
Seules les techniques acoustiques sont utilisables dès que la profondeur à mesurer dépasse quelques dizaines de mètres. Par faibles fonds, d'autres techniques peuvent être employées, comme la bathymétrie laser, qui peut être mise en œuvre à partir d'un aéronef, et est basée sur la mesure de la différence de temps de parcours d'un même rayon lumineux réfléchi par la surface de la mer et par le fond : connaissant la géométrie de la mesure (position de l'émetteur, attitude, angle d'émission, etc.) et la célérité de la lumière dans l'eau de mer, on peut en déduire la profondeur et la position associée. Cette technique permet une bonne précision (jusqu'à quelques centimètres sur la verticale) et une très bonne résolution horizontale (meilleure que le mètre), mais elle est limitée aux faibles profondeurs (quelques dizaines de mètres, suivant la transparence de l'eau de mer et la couleur du laser choisi ; les meilleures pénétrations sont obtenues dans le bleu-vert).
Sondeurs acoustiques monofaisceaux
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Les sondeurs acoustiques les plus courants sont des sondeurs monofaisceaux : le signal acoustique est émis vers le nadir par un transducteur à large ouverture (typiquement plus de 30°) et réfléchi par le fond ; l'écho est reçu par le même transducteur. Connaissant la célérité moyenne du son, la mesure du temps de parcours permet d'accéder à la profondeur minimale entre l'émetteur/récepteur et le fond.
Sondeurs acoustiques multifaisceaux
[modifier | modifier le code]Les sondeurs acoustiques les plus modernes sont des sondeurs multifaisceaux, qui permettent en un seul passage (fauchée) de décrire la bathymétrie d'une bande pouvant atteindre plusieurs kilomètres de largeur. Le principe de la mesure est le suivant :
- un signal acoustique est émis par un transducteur (ou plutôt, généralement, un ensemble de transducteurs) à large ouverture angulaire latérale;
- le signal réfléchi par le fond est reçu par un réseau de transducteurs perpendiculaire à la coque du navire.
Par combinaison des signaux reçus par les transducteurs du réseau (formation de voies), on peut reconstituer le signal réfléchi par le fond dans des faisceaux angulaires étroits (de l'ordre de 1°, ou moins) : les sondeurs modernes peuvent ainsi former plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de voies. À chaque signal émis ("ping") correspondent ainsi plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de signaux reçus, chacun représentant le signal réfléchi par un secteur angulaire étroit, et donc une petite zone du fond ; sur chacun de ces signaux on peut mesurer :
- un temps de parcours, et donc, une distance oblique, d'où peut se déduire une profondeur à une position donnée si l'on connaît la géométrie de la mesure (position et attitude du navire)
- une intensité de signal, qui dépend de la géométrie de la mesure et de la réflectivité du fond (donc, de sa nature : roche, vase, etc.). La combinaison des informations reçues, pour des fauchées successives, permet de décrire très finement les profondeurs sur une largeur qui dépend de l'ouverture angulaire du sondeur (de quelques dizaines de mètres par faibles fonds, à plus de 20 km par grands fonds), mais aussi de constituer une image du fond représentative de la nature des fonds marins.
Précautions d'utilisation pour la navigation
[modifier | modifier le code]- Vérifier le zéro (quel tirant d'eau a été introduit en mémoire auparavant, le sondeur mesurant la profondeur sous la quille de manière générale)
- Choisir l'échelle adaptée à la mesure recherchée, dans l'incertitude, aller de la plus forte à la plus faible.
- Ajuster le gain d'amplification pour avoir un signal correct, ni trop fort ni trop faible.
- Ajuster le TVG pour des profondeurs entre 0 et 50 m. TVG mini réduira les signaux dans la zone proche du transducteur où il peut y avoir des perturbations et bulles d'air.
- Observer l'échelle directement supérieure pour contrôler la mesure, en effet si le retour d'écho revient après le départ de l'impulsion suivante, il sera pris à tort pour une profondeur plus faible, alors qu'il n'en est rien.
- La vitesse de propagation du son dans l'eau peut varier en fonction de la température (de 1 450 m/s en eau douce et froide à 1 550 m/s en eau salée et chaude).
- La précision usuelle d'un sondeur est de l'ordre de 3 % (c’est-à-dire que l'erreur sur la mesure est généralement inférieure à 3 % de la profondeur mesurée).
- connaître les paramètres géodésiques de la zone de sondage.
- tenir compte de la marée et la corriger par rapport au zéro géodésique (ellipsoïde) employé.
- connaître les paramètres DGPS en Z.
- utiliser une centrale d'attitude pour corriger les mouvements du mobile sur lequel est fixée la sonde (houle, roulis, tangage et pilonnement).
Notes et références
[modifier | modifier le code]- ↑ Hermann Fol, « Un projet de bathomètre », La Nature, , p. 165 (lire en ligne)
- ↑ Louis Figuier, L'année scientifique et industrielle, Paris, Librairie de L. Hachette & Cie, (lire en ligne), p. 156 Le bathomètre ou instrument pour déterminer avec précision la profondeur de la mer
- ↑ Bloc marine
