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> Acoustique des océans, Petit précis pour comprendre les ondes dans l'eau
Lazuli
posté vendredi 01 fvrier 2019 à 18:28
Message #1


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J'ai cherché un peu pour mieux comprendre l'acoustique des océans.

J'ai trouvé un site de l'École Supérieure Navale US donc l'auteure (Arlene Guest) qui en fait un résumé plutôt intéressant.
J'ai essayé de le traduire, le voici :

------------------------------

OC2930: Acoustique des océans

Objectifs:
- Comprendre les effets de la température, de la pression et de la salinité sur la vitesse du son.
- Identifier les principes directeurs associés à la propagation du son dans l'océan.
- Identifier les chemins de propagation du son et les conditions dans lesquelles le son se déplace dans chacun:
- chemin direct
- conduit de surface
- demi canal
- rebond en bas
- zone de convergence des canaux de son

Suivant: Effets de la température sur la vitesse du son.

Je tiens à remercier le Bureau océanographique naval et NPMOC Pearl Harbor pour la plupart des chiffres et des informations figurant dans ces pages.

Arlene Guest
Département d'océanographie
Ecole Supérieure Navale


--------

Chemin direct

Propager

Les ondes sonores qui voyagent directement de la source au récepteur sans interagir avec la surface de la mer.

Fichier joint  inconnu.jpg ( 33.53 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Dans la figure ci-dessus, la propagation directe du trajet a lieu jusqu'au point où le rayon limitant est réfracté vers le haut et réfléchi par la surface de la mer. Le chemin direct est toujours le premier chemin de propagation disponible et comprend la partie initiale de tous les autres chemins de propagation, mais n'est généralement disponible que pour de courtes distances. La plage réelle dépend de la profondeur de la source et du récepteur et du gradient de vitesse du son.

Si la source et le récepteur se trouvent tous deux dans la couche mélangée, la plage est déterminée par la force du gradient et la profondeur de la couche mélangée. La profondeur de couche mélangée est également appelée profondeur de couche sonique ou SLD. Plus le gradient est faible et plus la couche mélangée est profonde, plus la plage de trajet direct est grande car les longueurs d'onde sont plus longues. Vous pouvez le voir en comparant la figure ci-dessus avec la figure ci-dessous.

Fichier joint  imagejpeg_13_.jpg ( 34.93 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Et si la source est en dessous du SLD ? Dans la figure suivante, nous voyons que les rayons directs du trajet de la source sont fortement réfractés par le fort gradient négatif (dû au thermocline). Les rayons qui arrivent dans la couche mélangée sont fortement réfractés vers le haut vers la surface, ce qui permet de réduire la plage de trajet direct.

Fichier joint  imagejpeg_4_.jpg ( 35.78 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Propagation des conduits de surface

Dans la couche mélangée, nous savons qu'il existe une pente légèrement positive de la vitesse du son en raison de la pression croissante, de sorte que les rayons se plient vers le haut à la surface. Lorsqu'un rayon atteint la surface, il est réfléchi vers le bas de la couche mélangée (le SLD) et réfracté en permanence vers la surface de la mer. Cette réflexion et cette réfraction entraînent le piégeage des rayons sonores et sont appelées propagation par conduit de surface (SD). Le son peut se propager sur de longues distances tant qu'il existe un gradient positif dans le SSP.

Fichier joint  imagejpeg_5_.jpg ( 36.58 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Un aspect important des conduits de surface est la zone d’ombre qui se trouve en dessous du SLD. Vous pouvez voir comment cela se forme dans la figure ci-dessous. Les ondes sonores sont piégées entre la surface de la mer et le fond de la couche mélangée (ou SLD). Plus la couche mélangée est épaisse, plus le conduit est résistant et, par conséquent, plus la plage de détection attendue est longue.
Comment l'état de la mer affecte-t-il le canal de surface? En général, avec un état des surface plus dégradée, il y a plus de mélange et une couche mélangée plus profonde. Cependant, les très grosses mers dégraderont le canal en causant une trop grande dispersion des rayons sonores lorsqu'ils atteindront la surface rugueuse.

Fichier joint  imagejpeg_9_.jpg ( 28.29 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


La fréquence est également un facteur d’utilisation des conduits de surface. Lorsque la longueur d'onde d'une onde sonore devient trop grande pour "s'adapter" au canal (son basse fréquence), elle ne sera pas limitée par le canal. La vague subira une perte de propagation sphérique et il y aura des fuites importantes à travers le SLD. La fréquence du son qui a une longueur d'onde qui "s'insère" dans le conduit s'appelle la coupure basse fréquence. Toutes les fréquences sonores supérieures à cette coupure seront piégées dans le conduit; les basses fréquences vont pénétrer dans la couche. La coupure basse fréquence est directement proportionnelle au SLD. Sur le plan opérationnel, cela est déterminé par un nomogramme tel que la figure ci-dessous. Par exemple, si le SLD est à 250 pieds et que la fréquence d’intérêt est de 300 Hz, la canalisation est probable. Si le SLD était moins profond, les rayons pénétreraient dans la couche.

Fichier joint  imagejpeg_7_.jpg ( 36.59 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Propagation en demi-canal

Considère une couche avec un gradient de vitesse du son positif (profil isothermique) qui s'étend de la surface au fond. Cette condition est fréquente dans les eaux peu profondes, sous la glace, lors des transitions saisonnières et en hiver dans certaines parties de la mer Méditerranée. C'est ce qu'on appelle un demi-canal et est simplement un conduit de surface qui s'étend vers le bas. L'énergie sonore est réfractée vers le haut à mesure que la profondeur augmente et est reflétée vers le bas par la surface de la mer, comme indiqué sur la figure à droite.
Les conditions dans un demi-canal sont favorables à la détection car tous les sons qui pénètrent dans la colonne d'eau y restent. Il n'y a pas de zone d'ombre. De même, il peut y avoir beaucoup de bruit des navires et de la météo (état de surface). En outre, il s’agit d’un environnement très dynamique, de sorte que toute chaleur rejetée dans l’océan peut détruire la structure isothermique de la colonne d’eau.

Fichier joint  imagejpeg_2_.jpg ( 48.45 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Propagation du rebond inférieur

Un bruit de fond frappe le fond et se réfléchit à la surface de l'eau. De la surface, il est à nouveau réfléchi vers le bas et continue à rebondir jusqu'à ce que son énergie se dissipe. Ce trajet des rayons sonores peut considérablement élargir les plages de propagation.

Fichier joint  imagejpeg_1_.jpg ( 42.75 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Un des deux chemins de propagation impliquant une zone de détection ou un anneau. Les limites interne et externe de l'anneau sont définies par les "rayons limites" supérieur et inférieur, qui sont fonction des paramètres et de l'environnement du sonar. Comme le montre la figure, le récepteur doit être dans l’anneau pour détecter la source sonore (sous-marin sur cette figure).

Fichier joint  imagejpeg_10_.jpg ( 26.33 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Zone de convergence du canal sonore

Un canal sonore est une région de la colonne d'eau où la vitesse du son diminue d'abord avec la profondeur jusqu'à une valeur minimale, puis augmente. La profondeur de la vitesse minimale résultant de ce gradient s'appelle l'axe des canaux de son, comme le montre la figure ci-dessous. La limite inférieure du canal est la profondeur de la vitesse maximale du son en dessous de l'axe du canal. La limite supérieure est la profondeur au-dessus de l'axe du canal sonore où la vitesse du son est égale à la vitesse maximale du son de la limite inférieure. Les ondes sonores produites dans le canal sont piégées par le fait que le son voyageant au-dessus de l’axe du canal sonore est réfracté vers le bas, alors qu’en dessous de l’axe, le son est réfracté vers le haut.

Fichier joint  imagejpeg.jpg ( 30.96 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Généralement, plus le canal audio est épais, plus le son sera piégé. Comme avec un conduit de surface, les fréquences supérieures à la fréquence de coupure seront piégées, tandis que les basses fréquences auront des longueurs d'onde trop longues et ne seront pas piégées. Le chiffre à gauche est utile pour déterminer la fréquence de coupure dans un canal sonore, qui dépend de la largeur de la gaine, de la fréquence considérée et de la pente de la vitesse du son. Par exemple, si le conduit mesure 500 pieds de large et que le taux de variation de la vitesse du son est de 2,5 pieds par seconde (courbe supérieure), on peut lire sur l’axe des x et voir que la fréquence de coupure est de 200 Hz. Donc, tout ce qui est à 200 Hz ou plus sera piégé dans ce canal sonore.

Fichier joint  imagejpeg_3_.jpg ( 38.99 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Les canaux sonores sont classés en canaux sonores peu profonds ou profonds. Des canaux sonores peu profonds se produisent dans la thermocline principale. Ils sont généralement associés à des fronts et à des tourbillons et sont donc transitoires.

Fichier joint  imagejpeg_11_.jpg ( 39.55 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Le canal sonore profond (DSC) est une caractéristique permanente de l'océan profond. L'axe de la DSC est à la base de la thermocline, où la vitesse du son commence à augmenter. La limite supérieure est le SLD et la limite inférieure, la vitesse du son en dessous de l'axe est égale à la vitesse du son en haut du canal (le SLD). Même si le Deep Sound Channel est trop profond pour être utilisé avec des appareils d’écoute, les baleines l’utilisent pour communiquer sur de très longues distances.

Fichier joint  imagejpeg_6_.jpg ( 46.68 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Les zones de convergence (CZ) sont des régions de surface ou proches de la surface où se produit une "focalisation" des rayons sonores, produisant des niveaux sonores très élevés. En CZ, les rayons sonores quittant la région proche de la surface sont réfractés vers le bas par le gradient négatif de vitesse du son de la thermocline principale, puis réfractés vers la surface depuis la couche profonde où le gradient de vitesse du son devient positif. Ces rayons se croisent au niveau de la surface ou à proximité, sous l’effet combiné des réfractions vers le bas et vers le haut, ce qui a pour résultat un niveau de pression acoustique infini pour ce point spécifique. Cet effet, appelé "caustiques", est illustré dans la figure ci-dessous.

Fichier joint  imagejpeg_12_.jpg ( 57.93 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Plusieurs zones de convergence sont possibles. Par exemple, si le son réfracté atteint la surface de la mer, les ondes sonores se réfléchissent à la frontière air-mer, puis retournent dans la colonne d’eau pour se propager davantage vers le deuxième CZ, comme illustré sur la figure ci-dessous. Principalement pour son efficacité et sa facilité de prédiction (il suffit de connaître le SVP et la profondeur de l'eau), la présence de zones de convergence revêt une importance majeure pour les opérations USW. La plupart des tactiques de recherche et de détection sont basées sur l'existence ou non de chemins sonores dans la zone de convergence.

Fichier joint  imagejpeg_8_.jpg ( 67.7 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


Résumé des chemins de propagation

Chemin direct / Direct path - 1 - 8 Kyds
Conduit de surface / Surface duct - 10 - 30 kyds
Rebond inférieur / Bottom bounce - 30 kyds
Zone de convergence / Convergence zone - 60 kyds
Canaux sonores / Sound channels - illimités

Fichier joint  inconncu.jpg ( 21.31 Ko ) Nombre de téléchargements : 0


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Lazuli
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Séné
posté vendredi 01 fvrier 2019 à 18:30
Message #2


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Un résumé plutôt prolixe wink.gif !


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<S639>AMAZ...
posté vendredi 01 fvrier 2019 à 19:05
Message #3


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Super !!!

Alors, tu n'as plus besoin des "Ping" ... Ah, ah ah !!!


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On peut braver les lois humaines mais non résister aux lois de la nature.
Vingt mille lieues sous les mers (1869) - Jules Verne
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Lazuli
posté vendredi 01 fvrier 2019 à 23:50
Message #4


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Citation (Séné @ vendredi 01 f?vrier 2019 à 18:30) *
Un résumé plutôt prolixe wink.gif !


Oui, mais il faut dire que le sujet l'est un peu aussi, non ? Et en plus c'est une traduction pas très heureuse de ma part... Ce qui rajoute un peu plus au côté prolixe !
Mais en le lisant avec les dessins ça passe mieux !

Ceci dit, si l'un d'entre vous un de la doc moins indigeste sur le sujet, je prends aussi !
J'ai le livre de l'IFREMER sur l'acoustique sous marine qui traite un peu de l'utilisation militaire de la chose, est il y en a 114 pages.... Donc du coup le petit résumé ci-dessus reste plutôt accessible.

Mais il faut aussi dire que le sujet n'est pas si simple que ça, et que l'intégrer a une partie de DW ne l'est pas non plus.
smile.gif


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Lazuli
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ybar
posté samedi 02 fvrier 2019 à 09:01
Message #5


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Même si le sujet pointe encore vers de nombreuses questions, merci d'avoir rédigé cet article. wink.gif

Ce message a été modifié par ybar - samedi 02 fvrier 2019 à 09:03.


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Spirale
posté samedi 02 fvrier 2019 à 09:07
Message #6


*
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Merci pour ce partage smile.gif
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Séné
posté samedi 02 fvrier 2019 à 09:21
Message #7


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La traduction sera également utile aux les joueurs de CMANO.


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Lazuli
posté samedi 02 fvrier 2019 à 11:06
Message #8


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Oui c'est vrai. DW modélise-t-il aussi bien l'acoustique sous-marin que CMANO ? J'ai vu que CMANO le faisait plutôt de façon réaliste, enfin c'est ce que j'en déduit aux vus des vidéo sur Youtube.


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Lazuli
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ybar
posté samedi 02 fvrier 2019 à 12:09
Message #9


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Super logiciel effectivement !


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Ce message a été modifié par ybar - samedi 02 fvrier 2019 à 12:17.


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Séné
posté samedi 02 fvrier 2019 à 12:24
Message #10


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Le second graphique semble indiqué que les CZ ont le même effet pour les subs sous la couche qu'au dessus-pour les surfaces.

Dire que je possède ce fabuleux jeu et que je ne me donne pas la peine de m'y plonger...


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U 2518
posté samedi 02 fvrier 2019 à 17:38
Message #11


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Lazuli tu peux être content de ton travail bien.gif particulièrement intéressant.


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il y a trois sortes d'êtres: les vivants, les morts, et les marins (anacharsis)
et Taïaut "Horridoh" !
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NEPTUNE6
posté dimanche 03 fvrier 2019 à 02:03
Message #12


*******
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Tu m'aurais demandé je t'aurais tout expliqué ... M'ENFIN .....!
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La perfection est atteinte, non pas lorsqu'il n'y a plus rien à ajouter, mais lorsqu'il n'y a plus rien à retirer.
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Séné
posté dimanche 03 fvrier 2019 à 03:01
Message #13


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Je ne manquerai donc pas de revenir vers toi à l'occasion.


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Lazuli
posté dimanche 03 fvrier 2019 à 07:52
Message #14


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Ah oui effectivement !
Faut pas hésiter si tu a du plus.


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ybar
posté mardi 05 fvrier 2019 à 11:40
Message #15


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Citation (Séné @ samedi 02 f?vrier 2019 à 13:24) *
Dire que je possède ce fabuleux jeu et que je ne me donne pas la peine de m'y plonger...

Bien que je n'aie pas le temps non plus...

Je viens de l'acheter (car promo de 67%)
https://store.steampowered.com/app/321410/C...perations_WOTY/

Ce message a été modifié par ybar - mardi 05 fvrier 2019 à 11:41.


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