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T.I.P.E - Sonar
Sources
Général
Fabrication d'un sonar
Complet, recherche de poissons
Fonctionnement d'une sonde à ultra son
Sonde à ultrason fonctionnement
Utilisation d'un sondeur
Phénomène piézo électrique
Cartes et besoin
Précision de mesure des sonars bathymétriques en fonction du rapport signal/bruit
THE BEST DOCUMENT
Localisation de cible en sonar actif
Vitesse d'une onde dans l'eau:
Pour la vitesse d'une onde dans un fluide voir la page wikipedia, il faut trouver une source fiable: Vitess du son dans un fluide quelconque
Cours général sur les ondes sonores
Types de sonars:
- Sonars actifs = à la fois emeteur d'une onde sonore et recepteur
- Sonars actif remorqué (module tracté avec un module de sonar)
- Antenne linéaire remorqué (Emeteurs/receptuers placés le long d'une barre, tractée)
- Sonar actif d'étrave (placé à l'avant sous le bateau)
- Sonar trempé (porté par un hélicoptère, pendu dans l'eau)
- Bouée acoustique (Bouée fixe équipé d'un sonar)
- Sonars passifs = ne fait que recevoir des sons
Futura-science, dossier complet sur la vitesse du son
Experiences possibles
Pour assurer une precision de mesure il faut:
- connaitre avec precision la vitesse de propagatio de l'onde dans l'eau donc il faut verifier cette vitesse pour differentes densité, temperatures:
Emmeteurs et recepteurs, resistance chauffante.
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Pour garantir la fiabilité des resultats il faut verifier que la distance emtre l'emmeteur et le recepteur soit siffisemanet grande pour observer un temps mesurable entre l'emission et la reception d'une salve. ---> comparer les resulats avec des modeles existants.
- Connaitre l'bsorption de l'onde dans l'eau, il faut donc mesurer la puissamce de l'onde emise recu et la puissance de londe recu, idem comparer avec des modles existants, et verifier que pour une grande distance (profondeur de l'ocean) a quellr puissance il faut emettre l'onde pour etre sur de la recevoir. Selon le mode de mesure il faut aussi prendre en compte l'angle de propagation.
Pour pouvoir mesurer correcrement les distances il faut aussi comparer les differents moyen de reception (emeteur/recepteur confondus, decalé sur un cylindre, ...
Introduction
La cartographie et l'étude des fonds marins ainsi que la modélisation informatique de ceux-ci permet des avancées dans de nombreux domaines: la science, notamment en géologie et en hydrodynamque, la politique, en permettant de délimiter les zones économiques grâce à des barrières naturelles, en enfin dans le domaine industriel, pour la mise en place de cables sous marins et des plateformes pétrolières.
La cartographie des fonds marins peut se faire de deux manières: par imagerie satellite et par sonar. L'imagerie satellite se base sur le lien qu'il y a entre nature du fond et variation de hauteur de la mer. Nous allons étudier le cas du sonar. Le sonar repose sur un principe simple: une onde est emise et on la receptiobne. Dans le cas d'un sonar passif l'onde est emise par l'objet observé, donc il parrait evident que pour sonder les fonds nous avons besoin d'une source d'onde. Le deuxième poinr de choix est aussi la nature de l'onde: mecanique ou electromagnetique? Pour pouvoir decider il faut observer la vitesse de deplacement des deux ondes dans l'eau: la première parcours 1500m.sec^-1 environ, ce qui permet de mesurer de manière precise les durees de parcours et donc la distance entre l'objet observé et le navire. Dans le css où on utilise une onde elevtronmagnetique parcours 300.000m en 1 seconde, ce qui rend extremememnt dur d'estimer la durré d'emission de l'onde.
On etudie donc un couple d'emeteurs recepteurs d'onde mecanique dans l'eau. On a vu que pour mesurer ube distance il faut pouvoir mesurer la durée de l'aller retour, et en deduire la distance parcourhr grace a la vitesse de transport, mais dans l'eau, et encore plys dans l'ocean, cette vitesse varie en fonction de plusieurs parametres: la densité de l'eau, sa temperature.
Biblio commenté
La cartographie et l'étude des fonds marins ainsi que la modélisation informatique de ceux-ci permet des avancées dans de nombreux domaines: la science, pour la géologie et l'hydrodynamique, la politique, pour la délimitation des zones économiques, le domaine industriel, pour la mise en place de cables sous marins et des plateformes pétrolières.
Pour pouvoir connaître le fond marin il est possible d'analyser les signaux renvoyés par le milieu. Ces signaux peuvent être des signaux naturels, c'est à dire non controlables, ce qui est inutilisable pour une mesure, ou alors des signaux artificiels, générés et modulables pour l'étude des fonds. Ces deux types d'observations sont passives et actives.
Dans un premier temps il faut choisir un signal à étudier. Le premier choix à faire est celui du type d'onde. Deux possibilités s'offrent à nous: des ondes électromagnétiques ou des ondes mécaniques. Les premières sont très rapide, même sous l'eau ce qui empèche de procéder à des mesures précises à cause de la faible durée d'un aller retour de l'onde. La secondes posède une vitesse de 1500m.s-1 dans l'eau, ce qui donne pour une profondeur moyenne de 2km une durée de 2.6s. La distance est alors mesurée beaucoup plus simplement, et surtout précisément.
Cette mesure restera imprécise tant que la vitesse de l'onde n'est pas connue assez précisément on ne poura estimer qu'un ordre de grandeur pour la profondeur. Il faut donc étudier la vitesse de propagation de l'onde dans l'eau en fonction de la temperature, de la pression, de la fréquence et de la densité du mileu. Cette vitesse peut être exprimé grace à divers modèle mais dépend uniquement de la densité. Cette densité peut être modélisé grâce au modèle IES 80, et permet d'arriver à une approximation de la vitesse de l'onde dans l'eau. Le dernier modèle, plus précit est le modèle TEOS-10.
Etude théorique
1 - Etude de la vitesse du son
1-a 
On simplifie en considérant que l'eau est hydrostatique donc le dernier terme est remplacé par 0,016 z (z la profondeur en m) -> A vérifier sur les grandes profondeurs
hydrostatique: La pression hydrostatique est une pression qu'exerce l'eau sur la surface d'un corps immergé, elle augmente d'environ une atmosphère par 10 mètres de profondeur. Cette pression vient compléter la pression osmotique dans l'étude de la mécanique des fluides.
osmotique: La pression osmotique est une force déterminée par une différence de concentration entre deux solutions situées de part et d'autre d'une membrane semi-perméable. L'osmose et les forces osmotiques favorisent la diffusion des substances à travers la membrane, en milieu interne, le solvant passant de la solution la moins concentrée vers la plus concentrée.
1-b Etude de la variation des paramètres en fonction de la profondeur:
Salinité: négligeable, une mesure peut être prise en surface pour permettre de rendre la mesure plus précise, a voir avec des cartes de salinités si c'est utile
Pression: On a considère hydrostatique, donc proportionnelle à la profondeur. A verifier mais coment? Mesure de la pression en mer avec un capteur de ce type: capteur de pression dans l'eau -> On retrouve la relation entre profondeur et pression pour les premiers mètres, si cela se vérifie on peut considérer ce c'est vrai pour les grandes profondeurs.
Temperature: La température de surface dépende de la zone géographique.En fonction de la profondeur il y a trois niveaux: Couche de surface (moins de 200m) la temperature vaut à peu près celle de la surface, 200m->1000m la temperature décroit violement vers la temperature de profondeur constante. Ce dernier parametre est impossible a tester, mais en se basant sur des études on a environ 13.5°C pour la mer méditérannée et 1.5°C pour l'océan atlantique. Mesure de la temperature pour voir si la variation de température suit une loi sur la surface (expérience impossible à grande profondeur). Cette mesure doit être faite directement, capteur Attention lors de la ralonge il faut augmenter la résistance pullup du onewire
2 - Choix du mode de mesure: Direct, diagonal
2a - Experience de mesure directe (droite, "à la corde")
Il faut trouver une formule qui va dépendre de la durée du trajet de l'onde à partir de l'équation obtenue plus haut, et des modélisation de la temperature, de la salinité et de la pression. Prendre la mesure à 2/3 mètres de profondeur pour éviter les variations de température brutale à la surface. Voir l'effet d'une pente sur la mesure, si cette pente est trop grande cela peut renvoyer l'onde vers autre part que le capteur.
Mesure "à la corde" directe, puis sondage, puis application de la formule trouvée, comparaison des résultats
2b - Experience de mesure diagonale
La mesure est plus complexe, la distance est plus longue, et dépends de l'angle. Expérience réelle pas judicieuse en premier. Il faut d'abord faire une expérience avec un fond controllé pour verifier l'angle limite de rebondissement de l'onde pour qu'elle revienne vers l'emmeteur. Une fois cette limite vérifiée il faut voir le comportement avec des pentes abruptes/inversées.