la localisation

Les fréquences acoustiques, de quelques Hertz à quelques dizaines de milliers de Hertz, se propagent dans l'eau, et ce d'autant plus loin que la fréquence est basse. Cette propriété fait de l'acoustique sous-marine, le moyen idéal pour élaborer et transmettre des informations, sans support matériel, en milieu sous-marin.

Pour se localiser au fond, comme en surface, on mesure des angles et des distances. La solution habituelle consiste à installer au fond de la mer, de façon provisoire, des repères fixes, à déterminer leur position géographique, à mesurer la position relative du sous-marin par rapport à ces repères et à déduire sa position géographique absolue.

C'est le système "base longue". Mais il existe aussi un système plus simple à mettre en oeuvre, le système "base courte". Et un système moins précis, mais totalement autonome, peut aussi être mis en oeuvre à partir d'une centrale inertielle.

Cartographie détaillée
+ centrale inertielle

Système dit "base courte"

Système dit "base longue"

Système dit "base longue"

Des balises, équipées de transducteurs acoustiques, c'est-à-dire d'émetteurs-récepteurs, sont mouillées sur le fond.

Le sous-marin et le bâtiment support sont eux aussi, équipés d'un transducteur adapté. Le bâtiment émet, par exemple sur une fréquence de 16 KHz, un message codé qui déclenche une réponse des balises et du sous-marin, chacun sur une fréquence propre, par exemple, 9, 10 et 11 kHz. Les intervalles de temps t1, t2, t3, t4 entre émission et réception sont transformés à bord du bâtiment support en distance D1, D2, D3 et D4, bâtiment / balises et bâtiment / sous-marin.

Encore faut-il connaître la vitesse du son dans l'eau, qui est voisine de mille cinq cents mètres par seconde ? Le sous- marin, après un temps T, émet à son tour un message codé à destination des balises qui y répondent en direction du bâtiment support. Cela permet de connaître les distances dl, d2 et d3 du sous-marin aux balises. La position du sous-marin est à l'intersection de trois cercles Cl, C2, C3 centrés sur les balises et de rayon dl, d2, d3. Plusieurs fois par minute, ce processus se déroule, géré par un calculateur dont le produit final est l'ensemble des positions relatives et absolues du bâtiment et du sous-marin. Une opération préliminaire, dite de calibration, permet de déterminer préalablement la latitude et la longitude de chaque balise, à la précision près de la navigation en surface. Régulièrement, l'opérateur surface transmet au pilote, sa position grâce au téléphone sous-marin.

Comme toujours en milieu marin, les choses ne sont pas si simples. La vitesse du son varie le long des trajets verticaux et même horizontaux, en fonction de la température, de la pression et de la salinité. La portée de chaque balise n'est que de quelques kilomètres et il en faut parfois beaucoup. En fin de campagne, une télécommande acoustique codée fait remonter individuellement chaque balise. Certaines ne remontent pas, certaines le font prématurément et enfin des phénomènes acoustiques classiques font que des balises très éloignées, appartenant à un autre bâtiment, remontent en causant quelques surprises.

Un progrès consiste à reporter dans le sous-marin, le processus d'interrogation des balises et de calcul de la position : moins de communications téléphoniques, des trajets acoustiques plus simples à immersion et vitesse constantes et des résultats plus justes.

Système dit "base courte"

A la base longue détaillée plus haut, on peut substituer un système sans balise de fond : un répondeur situé sur le sous-marin dialogue avec le transducteur du bâtiment support. L'angle entre la verticale et la direction bâtiment sous-marin, ainsi que la distance bâtiment sous-marin, sont déduits de mesure de temps et de différence de phase grâce à plusieurs hydrophones. Si ces hydrophones sont étalés sur une dizaine de mètres de coque, le système s'appelle "base courte" ; si les hydrophones sont concentrés, le système s'appelle "base ultracourte".

Posidonia : Le système Ifremer de positionnement grands fonds à base ultra-courte

Centrale inertielle

Il est possible de mesurer avec précision les déplacements d'un sous-marin. L'intégration mathématique du vecteur vitesse, combinaison de la valeur de cette vitesse donnée par un loch Doppler parfois au centième de noeud, et du cap donné à un degré près par un compas gyroscopique, fournit le déplacement relatif.

Une centrale inertielle, de petite dimension, permet de déterminer avec une précision du dix millième, des déplacements de l'ordre de cent mètres. Il est bien entendu nécessaire de recaler cette estime par rapport au bâtiment qui seul détient la latitude et la longitude.