Un nouveau senseur détecte la direction du son sous l’eau

Un nouveau senseur qui mesure le déplacement créé par les ondes sonores sous l’eau pourrait permettre àl’US Navy de développer des antennes sonar compactes pour détecter la présence de sous-marins ennemis.

Ces nouvelles antennes détecteraient des cibles sous-marines silencieuses, tout en fournissant une information directionnelle non ambigüe.

En utilisant des fibres optiques, les chercheurs du Georgia Institute of Technology ont trouvé le moyen de créer un senseur qui détecte la direction d’où vient le son sous l’eau. Ce composant directionnel est une amélioration importante sur la technologie actuelle, ont indiqué les chercheurs.

“Détecter sous l’eau des sons très faibles peut être très difficile,” a déclaré Francois Guillot, un ingénieur de recherche à l’école de génie mécanique George W. Woodruff de Georgia Tech. “Mais notre senseur détecte des sons faibles par rapport au bruit de l’océan et fournit aussi une information directionnelle.”

Le senseur utilise un mécanisme inspiré de la manière dont le poisson entend sous l’eau. A l’intérieur de l’oreille d’un poisson, il y a des milliers de petits cils qui bougent quand un son travers le poisson. Ces cils communiquent alors avec les nerfs permettant au poisson d’entendre sous l’eau. Parce que le poisson est très bon à détecter le bruit pour ne pas être mangé, les chercheurs du Georgia Tech ont choisi le système auditif du poisson comme modèle.

Guillot a décrit l’automne dernier le nouveau senseur sous-marin à la 4ème réunion commune de l’Acoustical Society of America et de l’Acoustical Society of Japan à Honolulu (Hawaï). Sa présentation fait partie d’une session baptisée “Acoustique sous-marine : Traitement des antennes, senseurs et technologie.”

Dans le domaine de l’acoustique sous-marin, il faut toujours développer des senseurs plus sophistiqués, ont indiqué les chercheurs. La Navy remorque actuellement de longues lignes d’hydrophones pour écouter le son sous l’eau — comme un microphone écoute le son dans l’air. Un hydrophone mesure le changement de pression associé à la propagation d’une onde sonore. Il convertit l’énergie acoustique en énergie électrique et il est utilisé dans les systèmes sonar passifs pour écouter uniquement. Un hydrophone identifie un son proche, et de multiples hydrophones peuvent aider à dire la direction d’où il vient. Mais la direction trouvée est ambigüe. Une antenne linéaire d’hydrophones ne peut dire si le son vient de la droite ou de la gauche.

Guillot et ses collaborateurs David Trivett, scientifique principal de recherche, et Peter Rogers, professeur — tous deux à l’école de génie mécanique — ont développé un détecteur de son plus compact, plus sensible qui peut fournir une information de direction non-ambigüe. En plus, le senseur peut être modifié pour mesurer la déformation de l’eau, le shear [1], associée à une onde sonore — une valeur habituellement difficile à mesurer parce qu’elle exige des instruments très sensibles. Ce nouveau senseur pourrait être modifier pour détecter ce shear acoustique, ce qui améliorera l’information directionnelle, ont indiqué les chercheurs.

Le senseur est constitué de 2 petites plaques reliées par une charnière. Une plaque est fixée rigidement, l’autre — fabriquée dans un matériau composite de la même densité que l’eau — est libre de bouger. La plaque mobile se déplace selon le champ sonore et suit le déplacement de l’eau. Un signal lumineux envoyé par une fibre optique collée aux 2 plaques est modifié par le mouvement de la plaque mobile. En analysant le signal lumineux avec un photodétecteur, on obtient une information relative sur les ondes sonores.

Le senseur développé à Georgia Tech offre des avantages sur les systèmes existants, ont déclaré les chercheurs. Guillot espère que le nouveau senseur changera la manière dont la Navy détecte le son sous l’eau.

“Si la Navy remorque une antenne d’hydrophones longue de plusieurs centaines de mètres, il devient difficile de manœuvrer le navire,” a indiqué Rogers. “Comme nous pouvons réduire cette longueur d’un facteur de plus de 5, cela fera économiser de l’argent et l’antenne sera plus facile à manipuler.”

Le prototype actuel du senseur a été testé dans l’installation de test acoustique géante de l’école de génie mécanique pour observer le comportement du senseur sous l’eau. L’installation comporte un réservoir rectangulaire de 8 m de profondeur et de largeur et 11 m de long ; il contient environ 700 m3 d’eau. Les chercheurs espèrent tester prochainement le prototype in situ pour voir si ses performances dépassent la technologie actuelle.

Notes :

Source : Georgia Institute of Technology