Un nouveau sonar « voit » sous l’eau depuis les airs, promettant de transformer la lutte anti-sous-marine

Les chercheurs de l’université de Stanford ont mis au point un nouveau type de sonar pour surmonter le problème jusqu’alors insurmontable de la vision aérienne sous l’eau. Le son ne se déplace pas facilement entre l’air et l’eau : il y a une perte de 65 décibels, ce qui signifie une diminution de l’intensité d’environ un million de fois, ce qui rend pratiquement impossible la détection des réflexions sonores provenant de l’air. La nouvelle technologie permet de cartographier les fonds marins et éventuellement de détecter des mines, des sous-marins et d’autres cibles sous-marines à partir d’un avion.

Actuellement, les seules façons d’utiliser le sonar depuis un avion sont les bouées sonar larguées dans l’eau ou le sonar trempé depuis un hélicoptère en vol stationnaire. L’hélicoptère ne peut pas se déplacer pendant l’utilisation du sonar immergé, il doit donc valider un contact, relever le sonar, s’éloigner, remouiller le sonar à nouveau, etc.

En revanche, le nouveau système de sonar photoacoustique aéroporté ou PASS, développé à Stanford avec le financement de la marine américaine, fonctionnera à partir d’un avion en mouvement.

« Notre vision de la technologie proposée est de capturer des images en continu pendant que le véhicule aéroporté survole l’eau », a déclaré à Forbes Aidan Fitzpatrick, chercheur à Stanford. « De la même façon que les systèmes de radar à ouverture synthétique ou les systèmes de sonar à ouverture synthétique dans l’eau fonctionnent aujourd’hui. »
Une courte impulsion laser chauffe la surface de l’eau, la faisant se dilater rapidement et produisant une onde sonore. Le son rayonne et se réfléchit sur le fond marin ou sur les objets immergés, comme une source sonar classique. Cela élimine la perte d’intensité qui va de l’air à l’eau.

Le PASS a besoin d’une détection sonore extrêmement sensible – il doit encore faire face à la perte de son lors du retour de l’eau vers l’air. La plupart des capteurs sonores actuels sont piézoélectriques, basés sur des céramiques qui génèrent un potentiel électrique lorsque le son les frappe. Le PASS utilise différents capteurs connus sous le nom de transducteurs ultrasoniques micro-usinés capacitifs (CMUT). Il s’agit de minuscules condensateurs micro-usinés constitués de deux fines plaques parallèles proches l’une de l’autre. Toute perturbation des plaques, telle que la vibration d’une onde sonore, modifie les propriétés électriques du condensateur, ce qui peut être facilement détecté.

Selon M. Fitzpatrick, leurs CMUT sont beaucoup plus efficaces pour ce rôle que les transducteurs piézoélectriques.

« Comme les CMUT sont des dispositifs mécaniques qui convertissent les ondes sonores en signaux électriques par la vibration d’une plaque très mince lorsque les ondes sonores frappent la plaque, ils ont un coefficient de couplage très élevé – ce qui signifie qu’ils sont capables de convertir une grande majorité de l’énergie sonore incidente en énergie électrique », explique M. Fitzpatrick.

Les CMUT sont en fait une invention de Stanford, développée par le professeur Butrus Khuri-Yakub au milieu des années 1990. Ils ont rapidement évolué et sont de plus en plus utilisés par des sociétés comme Hitachi et Phillips pour les ultrasons médicaux. L’un des avantages de cette technologie est son faible coût ; la production en série permet de produire des réseaux de CMUT de grande taille et très sensibles, l’équivalent des réseaux AESA des radars d’avion modernes.

L’équipe a étudié d’autres approches de la détection du son depuis l’air, notamment la vibrométrie laser qui utilise un laser pour détecter les vibrations sonores à la surface de l’eau. Cette méthode s’est avérée moins efficace et a notamment souffert de la difficulté à distinguer le signal du bruit de fond. Comme les CMUT sont réglés pour résonner à la fréquence exacte de l’impulsion sonore de l’impulsion laser, ils reçoivent le signal de manière claire et efficace, en éliminant les bruits parasites.
Le prototype PASS est optimisé pour la cartographie haute résolution des fonds marins, créant ainsi une carte tridimensionnelle détaillée. Actuellement, ces relevés doivent être effectués par des navires ou des drones selon un processus lent et laborieux. Les relevés acquis par des vecteurs aériens seraient à même de couvrir des zones beaucoup plus vastes plus rapidement.

La première démonstration du PASS a été réalisée à une échelle modeste, une cible dans un conteneur de la taille d’un vivier étant balayée par un sonar à quelques centimètres à peine de la surface de l’eau. Mais les développeurs ne voient aucun problème particulier à le mettre à l’échelle, d’un drone volant à quelques dizaines de mètres au-dessus de l’eau et observant des objets à des centaines de mètres de profondeur. Le sonar PASS pourrait être un appareil peu coûteux, ne pesant que quelques kilos, ce qui permettrait d’équiper une flotte de drones volant à très faible altitude

M. Fitzpatrick fait remarquer que si le système actuel n’exigeait que la détection (plutôt que l’imagerie), ce que permet le sonar trempé, il pourrait utiliser des fréquences acoustiques plus basses et voler à des altitudes beaucoup plus élevées.

Les chercheurs travaillent maintenant à des essais à plus grande échelle dans le but de pouvoir expérimenter le PASS en eau libre. La recherche est parrainée par l’Office américain de la recherche navale, mais un partenariat d’entreprise sera nécessaire pour transformer le prototype de laboratoire en produit fini. Étant donné le potentiel du PASS à transformer la guerre anti-sous-marine, cela pourrait se faire assez rapidement.

source : Forbes Traduit avec DeepL