Les sonars

« VOIR EN ÉCOUTANT SONAR est l'acronyme de SOund Navigation And Ranging en anglais qui signifie • navigation et télémétrie par son ».

Bien que cette technique ait été mise au point vers 1915 ,1e terme« sonar » est apparu au début de la Seconde Guerre mondiale en 1939 .

Il existe deux sortes de sonars : les passifs et les actifs.

Dans tous les cas, fondamentalement cela revient à • voir » en écoutant Il est d 'ailleurs intéressant de noter que le principe du sonar avait été plus ou moins compris au XVII~ siècle par le biologiste italien lauaro Spallanzani {ln9-1799) lorsqu'il cherchait à comprendre comment les c/Nwe­ so.ü voient les obstacles .

En effet dans la mesure où après avoir été aveuglés, ces animaux étaient toujours capables de voltiger en évitant les obstacles , mais qu'avec leurs oreilles bouchées elles n'étaient plus capables d'accomplir de telles performances, Spallanzani concluait que les chauve-souris voient avec leurs oreilles ! Outre les chauves-souris, certains cétacés, certains oiseaux.

etc., font également usage du sonar, de même que les humains dans certaines circonstances.

Dans le domaine technologique, les militaires emploient les sonars dans la guerre sous-marine, mais les utilisations civiles des sonars sont multiples : on les emploie dans la marine, notamment pour sonder les fonds des océans ou pour la pêche ; en médecine pour effectuer des échographies ; dans l'Industrie mécanique pour déceler des défauts internes dus à l'usures dans certaines pièces .

LES SONARS ET LA PREMIÈRE GUERRE MONDIALE En 1490, LéoNd tle w.d {1452- 1519) notait que si du pont d'un bateau on plonge dans l'eau un long tuyau dont l'autre extrémité est appliquée à l'oreille , on entend des bateaux à très grande distance .

En effet n'Importe quel baigneur en été à la mer a certainement constaté la facilité avec laquelle on entend le bruit des moteurs de bateaux naviguant très loin.

De même , dans les westerns , on voit parfois un indien « peau rouge » coller une oreille au sol et annoncer l'arrivée de « visages pales •.

en écoutant le bruit de galop des chevaux transmis par le sol.

Il s'agit là du principe du « sonar passif» où l'on se contente d 'écouter les sons produits par la cible .

Dans le • sonar actif» en revanche, on émet un son grace à un projecteur sonore et on écoute son « rebond » ou renvoi par un obstacle , c'est-à.{jire son « écho ».

lEs PIIEMiliES IITIUSAnONS Cela n'a presque pas de sens de vouloir dater l'usage du principe du sonar passif , tant ce procédé est naturel : ne serait-ce qu'en entendant un chien aboyer, on peut estimer la distance et la direction dans laquelle il se trouve ...

le sonar passif existe donc dans la nature depuis la nuit des temps .

Cependant la mise en place d'un système d'appareillage d'écoute dont le rôle est de localiser l'émetteur sonore est beaucoup plus récent.

En effet l'architecte naval américain lewis Nixon {1861-1940) imagine en 1906 un procédé permettant de repérer des icebergs par les bruits que produit le craquement de la glace .

A ce titre, il s'agit du premier sonar.

Signalons que cette invention n'empêcha pas le naufrage tragique du frtanic par collision avec un iceberg en 1912 ...

C'est surtout lors de la Première Guerre mondiale que le sonar passif renalt : IHtl l'enirl {1870-1942) invente un système permettant le repérage des avions la nuit par le son qu'il produisaient Avec l'Invention du radar, cet usage du sonar a été abandonné , mais dans la mesure où les ondes électromagnétiques se propagent mal dans l'eau en raison de l'importante absorption qu'elles y subissent les ondes sonores constituent le meilleur moyen de détection et de télémétrie sous ­ marines .

Toujours durant la Première Guerre mondiale, le sonar passif est également employé pour repérer à la manière • de Vinci » les sous-marins allemands invincibles mais ...

bruyants .

En effet un navire allié « chasseur de sous-marins » laissait pendre dans l'eau par dessus bord un tuyau dont l'autre extrémité était examinée au moyen d 'un stéthoscope par un opérateur qui guettait le moindre bruit en provenance d'un sous -marin .

Grace à un examen attentif du bruit il était possible de déterminer la direction dans laquelle se trouvait le sous ­ marin ennemi.

Cette même opération effectuée par un ou plusieurs autres chasseurs de sous­ marins travaillant en équipe permettait ensuite de déterminer la position du sous-marin avec une précision acceptable .

LI: l'lfMIEI IIEVET le premier brevet relatif au sonar actif ou « sonar à écho » a été déposé en 1912 , très peu de temps après la tragédie du Tlt•llk par L Richardson.

Ce dern ier propose de détecter des obstacles comme les icebergs grace à l'écho qu'ils renvoient Ce genre de sonar est réinventé en France , par Paul Langevin {18n-1946) et le Russe Constantin Chilowski, dans un autre contexte, celui de la lutte sous­ marine pendant la Première Guerre mondiale .

On émet un son et c'est l'analyse de son écho renvoyé par la cible qui renseigne sur celle-ci .

Cependant cette technique est mise au point trop tardivement si bien qu'elle ne joue qu'un rôle mineur durant la guerre.

En effet le premier sous-marin allemand est détecté grace à un sonar actif en 1918 seulement.

..

Mais cela ouvre la voie à la guerre sous-marine pendant la Deuxième Guerre mondiale où l'on fait largement usage du sonar actif dans la chasse aux fameux U-IHHrt allemands .

Ce type de sonar a été employé pendant longtemps dans la guerre sous -marine, mais il n 'est plus d'usage de nos jours .

En effet silence et discrétion sont d'or dans une telle guerre.

Or, un sous marin qui emploierait un sonar actif se ferait repérer grace aux émissions de son propre sonar ...

Ainsi, contrairement à un sonar actif , un sonar passif ne trahit pas la présence de son porteur .

Voilà pourquoi on a abandonné l'usage des premiers dans la guerre sous -marine, bien qu'on les utilise toujours pour la détection des mines anti-navires ou anti-sous -marines .

Signalons aussi que les sonars passifs et autres dispositifs d'écoute sonore seraient inutiles sans les opérateurs surnommés « oreilles t/'01' » qui analysent tous les bruits grace à leur ouïe particulièrement aiguisée, parvenant à reconnaître jusqu 'au nombre de pales que possède l'hélice d'un navire ! PRODUCTION ET RÉCEPTION DU SON DANS UN SONAR Qu'il s 'agisse d 'un sonar actif ou passif, l'usage d'un détecteur de son est toujours nécessaire.

Il s'agit essentiellement d'un transducteur acousto-électrique, c 'est-à.{jire d 'un appareil qui transforme une vibration mécanique en un signal électrique : en somme, un microphone ! Il en existe de nombreux modèles dont le nom varie en fonction de l'usage et du principe mis en jeu.

Il serait long de les décrire tous .

Signalons simplement qu'un « hydrophone », un terme très courant dans la technologie des sonars , est un transducteur de ce type adapté à un usage sous l'eau.

Émettre un son est un processus simple : il suffit de faire vibrer le milieu où le son est censé se propager , généralement l'air ou l'eau.

Mais à quelle fréquence émettre? Afin de faire le bon choix.

il faut savoir que de manière générale les hautes fréquences ou ultrasons (au.{jelà de 20 000 Hz) sont davantage absorbées par un milieu que les basses .

Ainsi, dans l'eau, un signal acoustique de 10 kHz subit tous les kilomètres une diminution de 10 'lb de son amplitude, ce qui correspond dans le jargon technique à une réduction de 1 dB ; cette chute de l'amplitude est de 97 'lb par kilomètre , soit 30 dB pour un signal de 100 kHz.

On serait donc tenté de penser que l'usage des basses fréquences est plus intéressant Pourtant il est bien connu que les dauphins et les chauve-souris emploient des ultrasons .

Une erreur de la nature? Non, car il faut tenir compte d'autres contraintes : en effet une basse fréquence, c'est-à.{jire une grande longueur d'onde , ne permet pas une bonne résolution spatiale, en raison du phénomène de diffraction (à ne pas confondre avec la réfraction ).

Par ailleurs , comme la taille de l 'émetteur augmente avec la Principe de fonctionnement du sonar Ondes ém1ses par le sonar De 20kHz à 150kHz Les ultrasons émis parles chauves -souris vont de 20 kHz à 150kHz.

Jusqu'à lOO Les chauves ­ souris émettent jusqu 'à lOO impulsions ultrasonores par seconde .

De 1 MHz àSMHz En médecine, les fréquences employées sont typiquement de l'ordre de 1 MHz à5MHz.

Jusqu'à 20MHz En ophtalmologie , les fréquences employées atteignent 20MHz.

TOW/m 2 Les intensités ultrasonores en jeu en médecine sont de l'ordre de IOW/m' .

Une arme? mètres. »