SONAR

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Les systèmes de détection et de localisation d'une cible sous-marine, ou d'un obstacle immergé, qui font appel à l'utilisation d'un signal sonore (acoustique) sont spécifiquement désignés par le terme « sonar ». Cet acronyme, issu de l'anglais sound navigation and ranging, se veut donc l'équivalent, en acoustique sous-marine, du radar (radio detection and ranging) en électromagnétisme. Toutefois, au-delà de la stricte détection de cibles, on regroupe plus largement sous l'appellation sonar l'ensemble des technologies permettant de transmettre et de recueillir de l'information dans le milieu sous-marin à l'aide d'ondes acoustiques.

La large implication des techniques sonar dans les activités humaines liées à la mer provient du fait que les ondes acoustiques se propagent de manière relativement favorable dans l'eau (au moins du point de vue énergétique), au contraire des ondes électromagnétiques (radio, radar ou lumière) ; elles peuvent donc, tout comme ces dernières dans l'atmosphère ou l'espace, être employées dans l'océan pour des opérations de détection, localisation et identification de cibles présentes en pleine eau (bancs de poissons, sous-marins et torpilles, plongeurs...) ou sur le fond (épaves, mines, structures géologiques, végétation...), ou pour des mesures physiques (hauteur d'eau sous un bateau, levé de cartes topographiques, vitesse d'un bateau ou d'un courant, caractéristiques hydrologiques des masses d'eau océaniques...), ou encore comme support de transmissions et de communications avec des véhicules sous-marins ou des systèmes immergés (télécommandes, données et images, communications vocales...).

Sonar : trajet des rayons sonores issus d'une source immergée

Dessin : Sonar : trajet des rayons sonores issus d'une source immergée

Trajet des rayons sonores issus d'une source immergée à 700 m environ pour un certain profil de célérité assez courant. On y voit des zones insonifiées (zones d'ombre) et des zones de concentration de l'énergie acoustique. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Historique

Bien que la capacité de l'eau à propager des ondes sonores ait été observée depuis fort longtemps, l'exploitation pratique de cette potentialité, se heurtant à des contraintes technologiques difficiles, en est relativement récente. L'idée de détecter activement, en envoyant des signaux acoustiques, des obstacles à la navigation ou des cibles n'a été concrétisée qu'au début du xxe siècle, pendant la Première Guerre mondiale. Le physicien français Paul Langevin démontra (de 1915 à 1918) la faisabilité de la transmission de signaux sonores, puis celle de la détection acoustique active et de la localisation de sous-marins, en utilisant des transducteurs piézo-électriques (cf. Technologie des systèmes sonar) dont le principe allait être quasi universellement repris dans les développements ultérieurs. À la même époque, les marines alliées commençaient à utiliser des systèmes passifs d'écoute de bruit pour la détection des sous-marins ennemis.

La technologie sonar se perfectionna de manière décisive pendant l'entre-deux-guerres, bénéficiant de l'apparition de l'électronique de première génération et des progrès de l'industrie naissante de la radio. Au début de la Seconde Guerre mondiale, la technologie du sonar actif était suffisamment au point pour pouvoir être utilisée opérationnellement à grande échelle sur les navires alliés (les systèmes A.S.D.I.C. – Allied Submarine Detection Investigation Committee – de la Royal Navy) et jouer un rôle déterminant dans la bataille de l'Atlantique contre les sous-marins allemands. À partir de leur entrée en guerre, les États-Unis allaient consentir un effort important de recherche scientifique et technologique dans ce domaine, et faire considérablement progresser, d'une part, les performances des systèmes sonar et, d'autre part, les approches théoriques de la propagation des ondes sonores dans le milieu marin et les théories liées à la détection et la mesure des signaux dans le bruit. La base des connaissances et théories utilisées aujourd'hui en sonar datent de cette époque.

L'effort de recherche se poursuivit aux États-Unis et en U.R.S.S. pendant la guerre froide, dans la seconde moitié du xxe siècle. À la fin des années 1950, l'apparition des sous-marins nucléaires destinés à contrôler de vastes zones océaniques changea l'échelle d'utilisation des sonars. L'accent fut mis, dans les années 1960, sur les techniques de détection passive afin d'obtenir des portées plus importantes que celles des sonars actifs. Les performances des sonars passifs trouvèrent leurs limites dans les progrès effectués en matière de discrétion acoustique des sous-marins, et la tendance fut une nouvelle fois inversée dans les années 1980, avec un retour en faveur des techniques de sonar actif, qui se sont étendues au domaine des basses fréquences, permettant ainsi des portées plus importantes. Les deux types de détection coexistent aujourd'hui dans les systèmes navals.

Parallèlement, l'océanographie et l'industrie ont profité largement des développements de l'acoustique sous-marine militaire. L'emploi de sondeurs acoustiques, permettant la mesure de la hauteur d'eau et la détection d'obstacles, se généralisa pendant l'entre-deux-guerres. Leur utilisation pour la détection des bancs de poissons commença à la même époque. Depuis lors, l'acoustique sous-marine est devenue un élément indispensable des techniques de la pêche maritime.

Une véritable révolution technologique se produisit avec l'introduction des méthodes de traitement numérique des signaux, qui permirent d'augmenter considérablement les capacités et la souplesse des systèmes sonar, d'en réduire le coût, et de profiter de l'évolution des performances des calculateurs. La cartographie des fonds marins, très importante pour les géosciences marines et leurs applications industrielles, a bénéficié de l'invention, dans les années 1960 et 1970, des sonars latéraux puis des sondeurs multifaisceaux. Également concernées par la cartographie acoustique, l'industrie pétrolière offshore et l'intervention sous-marine ont suscité le développement de méthodes acoustiques spécifiques de positionnement de mobiles sous-marins et de transmission de données.

Aujourd'hui, l'acoustique est associée à tous les grands défis de la maîtrise de l'environnement marin (biomasse, ressources énergétiques, environnement, climat). Paradoxalement, son utilisation est aussi contestée du fait des risques qu'elle peut faire courir à la faune marine, et de premières réglementations limitatives ont été mises en place au début des années 2000.

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Pour citer l’article

Xavier LURTON, « SONAR », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 08 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/sonar/