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Le sonar (SOund NAvigation Ranging) est un appareil qui émet et/ou reçoit des ondes sonores dans l’eau pour détecter et localiser des objets sous-marins. 

Voici un extrait d’un écho de sonar :

Cela peut être utilisé pour détecter des bancs de poissons, les fonds marins, ou encore d’autres objets comme des sous-marins.

Sonar passif et sonar actif

Le sonar passif est le principe d’écouter des sons sans en émettre. 

Le sonar actif émet une onde. L’onde sonore réfléchit alors sur les obstacles rencontrés lors de son parcours et revient en direction de la source d’émission. Un récepteur permet de la convertir en signaux électriques qui affichent une image visuelle. Le sonar mesure le temps mis par l’onde pour effectuer l’aller-retour, ce qui indique la distance à laquelle se trouve l’obstacle. Les ondes sonores se déplacent à environ 1.500 mètres par seconde.

Il y a peu, le Centre de Recherches Insulaires et Observatoire de l’Environnement (Criobe) de Moorea en Polynésie Française vient de se doter d’une nouvelle embarcation, le NOHU. Pensée et construite localement, elle permettra aux scientifiques de disposer d’un laboratoire flottant pour travailler au plus près de leurs sujets d’études. Cette barge est entre autres dotée d’un sonar actif permettant de sonder le fond de la baie d’Opunohu. 

Afin d’expliquer son fonctionnement, prenons l’exemple suivant :

Le NOHU veut sonder le fond de la baie d’Opunohu, il émet alors son signal sonore d’une vitesse de 1500 mètres par seconde. Le signal lui revient 20 millisecondes après avoir été émis. Sachant que la vitesse parcourue par l’onde correspond à la distance entre l’émetteur et l’objet sur lequel l’onde réfléchie divisée par le temps mis pour effectuer ce trajet, on a :

d = v x t

Ici, le sonar permet donc de déterminer la profondeur du plancher océanique à 30 mètres de la surface de l’eau.

Imaginons maintenant qu’il y est un banc de poisson entre le bateau et le fond de l’océan. La situation serait la suivante :

L’onde aurait sondé le fond de l’océan mais aurait également sondé le banc de poisson. Avec une vitesse d’onde de 1500 mètres par seconde et une réponse de 13 millisecondes, le sonar détermine la profondeur du banc de poisson à 19,5 mètres.

Fréquence et angle d’incidence des ondes

Il est également possible de moduler la fréquence du signal émis, ce qui permet de modifier l’angle du cône d’onde.  Plus la fréquence sera élevée (plus de 200 Hz) plus la longueur d’onde sera petite mais l’angle sera plus petit (15 à 25°).

A l’inverse, plus la fréquence sera basse (autour de 80 kHz) plus la longueur d’onde sera grande et plus l’angle sera large (environ 60°), ce qui est idéal pour sonder les fonds marins et les bancs de poissons par exemple.

Cette modification de l’angle impactée par la fréquence est due au phénomène de la diffraction d’onde mécanique. Lorsqu’une onde mécanique (sonore dans notre cas) de longueur d’onde λ passe dans un obstacle diffractant de largeur a, l’angle θ exprimé en radian est :

La largeur de l’obstacle ne pouvant être modifiée grandement, l’angle de l’onde sonore est donc modifiable principalement par la longueur d’onde et donc la fréquence de cette onde.

La vidéo qui suit permet de mieux comprendre le phénomène physique :

L’impact des sonars sur les cétacés

Dans la nature, plusieurs animaux utilisent le même système que les sonar afin de se repérer et/ou de détecter leurs proies. C’est le cas notamment des cétacés, c’est-à-dire les dauphins ou encore les baleines.

Aujourd’hui cependant, avec l’utilisation importante de sonar basse fréquence, leurs santés sont mises en jeu. En effet, des échouages massifs ont été recensés avec le développement des sonars moyenne et basse fréquence.

En 2000 aux Bahamas par exemple, une expérience avec un sonar d’onde sonore comprise entre 3 000 à 7 000 Hz et émise à 230 dB avait provoqué l’échouage de 16 baleines.

Le lien entre l’utilisation de sonar et la mort de cétacés avait été fait dès 1980, mais les raisons médicales n’ont réellement été établies qu’en 2002 sur une île des Canaries lors d’un exercice naval de l’OTAN. L’autopsie avait révélé des lésions correspondant à la maladie de décompression, maladie due à la formation de bulles de gaz dans les vaisseaux sanguins suite à des changements de pression.

D’après Yara Bernaldo de Quiros, cette maladie serait due au stress. Les cétacés prendraient peur et s’éloigneraient très vigoureusement de la source du bruit. La réponse au stress prendrait le pas sur leur comportement habituel, de l’azote s’accumulerait alors dans le corps des animaux et provoquerait une embolie ou une détérioration des organes.

Pour éviter ce grave problème, des réglementations ont été mises en place afin de forcer les utilisateurs de sonar (et principalement les marines) à mettre en œuvre des précautions d’utilisation permettant de ne pas causer de tort à la faune marine.

Par exemple, des restrictions doivent s’appliquer quant à l’utilisation du sonar si les cétacés se trouvent à une distance trop proche de l’émission. Ces actions peuvent entraîner une baisse de la puissance du sonar, voire même l’interruption de celui-ci.

Une restriction est également mise en place la nuit si les utilisateurs de sonar n’utilisent pas de dispositifs spécialisés de détection acoustique des cétacés, ils ont interdiction d’utiliser leur sonar la nuit.

Références bibliographiques

  • Le Sonar – WIKIPEDIA à l’adresse https://fr.wikipedia.org/wiki/Sonar
  • Le NOHU, une barge scientifique pour le Criobe – TNTV à l’adresse https://www.tntv.pf/tntvnews/polynesie/societe/le-nohu-une-barge-scientifique-innovante-pour-le-criobe/
  • Principales utilisations du Sonar – UNIVERSALIS à l’adresse https://www.universalis.fr/encyclopedie/sonar/4-principales-utilisations/
  • Comment marche un Sonar ? – FUTURASCIENCE à l’adresse https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-sonar-17449/
  • Les Sonar poussent les baleines au suicide – FUTURAPLANET à l’adresse https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-sonar-17449/
  • Comment le Sonar peut pousser certains cétacés au « suicide » ? – GEO à l’adresse https://www.geo.fr/environnement/comment-le-sonar-peut-pousser-certains-cetaces-a-se-suicider-194450