Sonar

Vue d’ensemble historique

Le développement du sonar sous-marin comme outil de navigation et d’opérations militaires, après le naufrage du Titanic en 1912, a conduit inévitablement à des applications aux organismes marins. Dans les années 1930, les échos des bancs de poissons avaient été détectés. Dans les années 1940, la couche profonde de diffusion du son a été observée. Son origine biologique dans les poissons mésopélagiques a été identifiée dans les années 1950. Dans le même temps, les applications aux poissons commerciaux ont été poursuivies avec vigueur, et les échosondeurs scientifiques et les échosondeurs de pêche ont commencé à être fabriqués.

Les améliorations constantes de la transduction ont permis de détecter des poissons individuels de certaines espèces et tailles à des distances de plusieurs centaines de mètres. La fréquence ultrasonore de 38 kHz devenait un standard à cette époque ; il a été démontré par la suite qu’elle était proche de l’optimum pour obtenir la détection de poissons commercialement importants en présence d’une atténuation due à la propagation et à l’absorption sphériques. Parallèlement aux études de la diffusion de poissons isolés à des fréquences ultrasonores, on a étudié la diffusion à des fréquences soniques, notamment pour déterminer la fréquence de résonance des poissons porteurs de vessie natatoire, qui est une mesure de la taille.

L’intégration d’échos a été introduite en 1965 comme outil pour quantifier les agrégations de poissons à des conditions essentiellement arbitraires de densité numérique. Elle s’est rapidement développée, et a été utilisée de façon routinière dans les enquêtes sur l’abondance des stocks de poissons depuis environ 1975. L’introduction de la calibration cible standard au début des années 1980 a servi la cause de la quantification en fournissant une méthode rapide et de haute précision permettant d’exprimer les résultats de l’intégration des échos en unités physiques absolues. A quelques exceptions près, l’étalonnage standard-cible est devenu la méthode de choix.

Le sonar, avec un ou plusieurs faisceaux orientés obliquement ou orientables, a commencé à trouver une application commune dans les années 1970 pour compter les bancs de poissons qui pourraient être manqués par un faisceau vertical d’échosondeur. Il s’agissait d’un développement important pour reconnaître l’étroitesse du volume d’échantillonnage des faisceaux d’échosondeurs directionnels orientés verticalement et la possibilité de réactions d’évitement des poissons par rapport à la plate-forme du transducteur, généralement un navire de recherche.

Dans un autre développement parallèle, le principe Doppler a été exploité pour mesurer la vitesse d’approche ou de récession des cibles de poissons. On a utilisé à la fois des faisceaux d’échosondeurs orientés horizontalement et des faisceaux de sonar. Les premières applications ont permis de déterminer les vitesses de nage des bancs de petits poissons pélagiques et des saumons individuels dans les rivières.

Les applications de l’acoustique aux poissons dans les années 1970 ont été accompagnées d’applications notables au zooplancton, bien que poursuivies de manière moins intensive en raison des différences d’importance commerciale. En raison de l’énorme diversité des espèces de zooplancton en termes de taille, de forme et de composition, il a été reconnu très tôt que l’insonification sur une bande de fréquences est nécessaire, même pour une observation de routine. Cela a généralement été réalisé par l’utilisation de transducteurs résonnants multiples, mais des sonars véritablement à large bande s’avèrent également efficaces pour obtenir des spectres d’euphausiacés et de copépodes individuels.

La reconnaissance de l’importance de la largeur de bande dans la diffusion par le zooplancton s’est accompagnée d’une appréciation du rôle des modèles d’interprétation. Des modèles de diffusion acoustique ont été développés et appliqués aux poissons depuis les années 1950 et au zooplancton depuis les années 1970.

Le passage des technologies analogiques aux technologies numériques dans les années 1970 a facilité le traitement des données d’écho. Celui-ci est devenu régulièrement plus automatisé et sophistiqué, mais toujours avec un contrôle de l’opérateur sur les décisions importantes par le biais de l’interface homme-machine.

D’autres développements technologiques depuis les années 1970 ont étendu la gamme d’applications de la diffusion acoustique par les organismes marins. Des transducteurs à éléments multiples ont été utilisés pour déterminer les emplacements et les mouvements tridimensionnels, ainsi que la force de la cible, d’animaux individuels. Des sonars compacts à haute fréquence ont été montés sur des engins de pêche pour observer le comportement des poissons pendant les opérations de capture. Des sonars haute fréquence orientables ont été utilisés pour suivre les bancs de poissons pendant la capture et pour cartographier leurs formes tridimensionnelles.

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