LES AVANCEES DE L'HOMME GRACE A LA DECOUVERTE DE L'ECHOLOCATION
JAHAN Sibylle
LE TROADEC Constance
MATTIO Inès
Le SONAR
Le mot ’’sonar’’ est le sigle du terme anglais « SOund NAvigation and Ranging ». Littéralement en français : Navigation et portée sonore. Le sonar est un appareil de détection sous-marine utilisant les ondes sonores et permettant le repérage, la localisation et l’identification des objets immergés. Il est inspiré du radar, fondé sur la réflexion des ondes radio en milieu aérien. Il marche pour l'instant selon le mode d'écholocation des dauphins.
Les sonars sont utilisés :
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dans le domaine de la marine de guerre afin de détecter les sous-marins, mines, pour le guidage de torpilles…
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dans le domaine de la pêche pour détecter les bancs de poissons.
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dans le domaine de la navigation pour la cartographie des fonds marins et des mesures de profondeurs
Schéma fonctionnel du sonar :
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Physique-Chimie Term S spécifique - Édition 2012
Les principaux constituants du sonar :
L'antenne :
La base d’émission et de réception est appelée l’antenne, et est formée d’hydrophones. Un hydrophone est un dispositif convertissant les oscillations acoustiques en oscillations électriques, c’est-à-dire convertir l’onde sonore reçue en signal électrique. Cette antenne est soit : directionnelle, c’est à dire qu’elle est orientable. Fixe et omnidirectionnelle.
Les transducteurs piézoélectriques :
Ils se trouvent dans les émetteurs et les récepteurs.
La production des ondes sonores et leur réception sont dues aux transducteurs piézoélectriques qui utilisent le principe de piézoélectricité et donc permettent de traduire un signal électrique en une énergie mécanique et inversement.
Ces transducteurs sont constitués d’un cristal céramique piézoélectrique conçu de telle sorte que le barycentre de ses charges positives est confondu avec le barycentre de ses charges négatives ce qui signifie qu’il possède une neutralité électrique. Lorsque ce matériau est soumis à une force mécanique, les barycentres se décalent et par conséquent ce cristal se polarise
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Physique-Chimie Term S spécifique - Édition 2012
Dans l’émetteur, on place une tension électrique aux bornes de la céramique ce qui conduit à la polariser donc à la déformer et la vibration ainsi engendrée est transmise par un élément appelé sonotrode. On peut également trouver un booster entre la céramique et la sonotrode. Celui ci est chargé d’amplifier la vibration.
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Dans le récepteur, l’onde sonore renvoyée par écho vient frapper le cristal qui se polarise et permet ainsi la traduction d’un signal électrique sur l’écran de contrôle.
On distingue deux modes de fonctionnement du sonar :
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Sonar Passif : mode normal de fonctionnement des sonars d'un sous-marin. Un sonar passif ne fait qu'écouter et n'émet rien dans l'eau. L'emploi d'un sonar passif rend plus difficile la détermination de la solution mais en revanche il est parfaitement discret. Le sous-marin en détectant un autre, grâce au sonar en mode passif, est obligé de procéder à des phases d'écoute à différentes profondeurs et à des points différents ( généralement 3 ) pour pouvoir localiser exactement le contact sous-marin 'ennemi'. On appelle cela une 'triangulation'.
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Sonar Actif : Le sonar actif tient son nom du fait qu’il soit équipé d’une antenne à immersion variable qui lui permet de mieux repérer les objets situés en profondeur. L’émetteur envoie une impulsion électrique qui est transformé par l’antenne du sondeur en onde sonore dans l’eau, celle-ci est réfléchie par les obstacles qu’elle croise et est ensuite captée par l’antenne qui transforme l’onde sonore réfléchie en signal électrique. On peut alors déterminer la direction de la cible c’est-à-dire celle de l’écho sonore et sa distance en calculant le temps séparant l’émission de l’impulsion et la réception de l’écho en sachant que la vitesse du son dans l’eau est de 1500m/sec.
On distingue aussi deux types de sonar différents :
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Sonar Shpérique : C'est le sonar principal. Il se trouve dans la coque à l'extrémité avant du sous-marin. Sa forme sphérique permet de couvrir une zone de 360° aussi bien verticalement qu'horizontalement. La seule zone d'ombre' est l'arrière du sous-marin.
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Sonar de flanc : l'un des assemblages d'hydrophones qui font partie du système sonar du sous-marin, montés sur la coque extérieure, environ au premier tiers avant du bâtiment. Ce sonar de flanc est utilisé essentiellement en soutien ou renfort du sonar sphérique, plus performant car moins bruyant.
Le sonar permet aussi de repérer la composition du sol (sable, métal, roche...) grâce à l'intensité des ultrasons car suivant le milieu traversé, l’indice de réflexion est différent. C’est avec cette technique que les repérages de gisements pétroliers se font : elle permet de repérer les zones sédimentaires caractéristiques des gisements de pétrole.
Cependant, à cause de ses nombreux atouts, le sonar est beaucoup plus complexe à utiliser que le radar ; les sons ne se propagent pas en ligne droite dans l'océan. De plus le sous-marin doit écouter dans toutes les directions à la fois, ce qui nécessite de grandes puissances de calcul Il est très difficile d'obtenir la distance de la provenance d'un son. Il faudrait pouvoir déterminer le centre de l'onde sphérique. Pour compliquer la tache des sonars, les sous-marines peuvent stationner dans des zones abritant une forte faune aquatique (le bruit émis par le sous-marin est alors brouillé avec celui des poissons) ou alors chercher les "zones d'ombre", des endroits qui ne sont pas atteints par les ondes sonores des sonars à cause de la loi de réfraction (selon le meme principe que les ondes sismiques).
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Informations supplémentaires: Interview d'un capitaine de vaisseau (marine)
Quel est l'intérêt d'avoir des sonars sur les bateaux?
Différence entre le sonar et le radar
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