SONAR

Technologie des systèmes sonar

La principale singularité des systèmes sonar, d'un point de vue technologique, réside dans les transducteurs utilisés pour la transformation de signaux électriques en signaux acoustiques et réciproquement : en émission, les signaux électriques doivent être transformés en signaux acoustiques qui se propagent dans l'eau ; au retour, le signal acoustique reçu est transformé en signal sonore pour être traité et identifié. Ne pouvant reprendre les mêmes technologies que les hauts-parleurs et microphones utilisés en acoustique aérienne (d'une part, parce que ceux-ci ne peuvent efficacement actionner l'eau, milieu beaucoup plus « massif » que l'air, et, d'autre part, à cause des évidentes contraintes physiques d'isolation et de corrosion posées par leur nécessaire immersion dans l'eau salée), les transducteurs sous-marins sont généralement fondés sur l'utilisation de matériaux piézo-électriques. Ces derniers ont la propriété de se déformer sous l'action d'un champ électrique, ou, inversement, de produire une tension électrique sous l'effet d'une contrainte mécanique. En pratique, ils sont fabriqués à partir de céramiques artificielles insérées dans des structures métalliques assurant de bonnes performances en tenue mécanique et en rayonnement acoustique, l'ensemble étant conditionné pour pouvoir résister aux contraintes physiques et chimiques d'utilisation dans l'eau de mer. De manière générale, un transducteur d'émission doit être d'autant plus grand (donc encombrant, lourd et coûteux) que la fréquence visée est basse. En réception, on utilise des hydrophones (équivalents sous-marins des microphones) de faibles dimensions, souvent regroupés en antennes.

Tout transducteur d'émission ou réception possède une certaine directivité : son efficacité est maximale dans un faisceau étroit, cela d'autant plus que ses dimensions sont grandes comparées à la longueur d'onde acoustique. On peut encore améliorer cette caractéristique en regroupant plusieurs transducteurs pour augmenter la dimension utile. Par exemple, une antenne d'environ 10 mètres de longueur est nécessaire pour obtenir un faisceau d'ouverture 1 à 10 kHz ; en très basses fréquences, on utilise des antennes remorquées pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres.

La directivité des transducteurs et des antennes permet d'effectuer très utilement un traitement spatial des signaux transmis ou reçus (émission préférentielle du signal dans une direction donnée ; détermination, en réception, des angles d'arrivée des échos ; élimination des échos parasites provenant d'autres directions). Contrairement au radar, la technique consistant à faire tourner physiquement des antennes est quasi inapplicable pour les sonars : de tels dispositifs mécaniques immergés sont difficiles à réaliser pratiquement, surtout pour de grandes dimensions, et leur rotation est trop lente. On utilise donc la création de faisceaux orientables électroniquement, par application de retards variables aux contributions des éléments d'une antenne fixe. Cette technologie de formation de voies permet une agilité de balayage bien supérieure à un balayage mécanique et exploite aujourd'hui toute la puissance des technologies numériques, ce qui permet de démultiplier le nombre de faisceaux (plusieurs centaines de directions peuvent être ainsi explorées simultanément). On l'emploie couramment dans les sonars militaires et dans les sondeurs multifaisceaux de bathymétrie.

L'outil principal de traitement en réception – dont l'objectif est d'améliorer autant que possible le rapport signal à bruit, c'est-à-dire le contraste entre l'écho utile et le bruit ambiant ou la réverbération – est le filtrage fréquentiel de la bande d'intérêt[...]