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Auteur(s)
-
Gilles KERVERN : Ingénieur de recherche, Thomson Marconi Sonar
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À l’heure actuelle, l’acoustique est le moyen couramment utilisé pour former des images du fond marin à longue distance, quelques centaines de mètres (figure A), tandis que l’utilisation de l’optique est restreinte à l’identification courte distance (quelques mètres) par caméra vidéo classique. Ce partage des rôles entre acoustique et optique en imagerie sous-marine est, en partie, la conséquence des différences de propriétés physiques des ondes acoustiques ou optiques en milieu marin, mais aussi de l a différence de maturité des technologies associées. En conséquence, l’avènement de sources lumineuses cohérentes et modulables en amplitude et en fréquence (lasers) associées à l’utilisation de techniques de traitement du signal inspirées des techniques radars permet d’envisager une extension du rôle de l’optique en imagerie sous-marine ainsi que la réalisation de systèmes nouveaux (figure B) mettant à profit la propriété des ondes lumineuses de passer avec un très bon rendement l’interface air/eau, à la différence des ondes acoustiques :
en incidence normale pour :
,
.
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Différents principes d’imagerie active2. Propagation optique sous-marine
L’eau de mer est un milieu à la fois absorbant et diffusant. Absorption et diffusion sont dues en grande partie à la présence de particules organiques ou minérales, de tailles en général supérieures à la longueur d’onde, en suspension dans l’eau de mer. La densité de particules peut varier énormément d’un type d’eau à l’autre mais, qu’elle que soit cette densité, l’eau de mer présente toujours une fenêtre spectrale de moindre atténuation située dans le bleu-vert (figure 3) entre 410 nm et 550 nm. Le minimum d’absorption évolue en fonction de la charge particulaire de l’eau considérée et se décale légèrement vers le jaune quand cette charge particulaire augmente.
Les caractéristiques optiques d’une eau de mer peuvent être modélisées simplement avec une assez bonne approximation par trois coefficients et une courbe.
-
Le coefficient d’atténuation c, dont l’inverse appelé longueur d’atténuation, est la distance à partir de laquelle un faisceau parallèle de lumière est atténué d’un facteur e (base des logarithmes népériens) soit 4,3 dB. Les coefficients d’absorption et de diffusion a et b sont tels que c = a + b.
-
L’indicatrice de diffusion β (θ ), est le diagramme de rayonnement de l’énergie diffusée par un élément de volume d’eau de mer (figure 4).
Expérimentalement, on constate que l’indicatrice de diffusion varie peu en forme d’une eau de mer à l’autre et en première hypothèse, on peut adopter a = b = c/2.
En tenant compte des différents constituants de l’eau de mer, il est possible d’écrire le coefficient d’atténuation sous la forme suivante :
avec :
- λ :
- compris entre 410 et 550 nm
- o :
- indice relatif à l’eau pure
- s :
- indice relatif aux substances en solution (les sels dissous principalement)
...
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Propagation optique sous-marine
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - IVANOFF (A.) - Introduction à l’Océanographie : propriétés physiques et chimiques des eaux de mer. - Tomes I et II, Vuibert Paris, 1975.
-
(2) - JERLOV (M. G.) - Marine Optics, - 2e édition, Elsevier, Oceanography series, 1976.
-
(3) - WELLS (W. J.) - Theory of small angle scattering, in Optic of the Sea. - Edition and Reproduction Technical in optic of the sea Reproduction Ltd. Agard (Nato). Lecture series n× 61, 1973.
-
(4) - PENNY (M. F.), ABBOT (R. H.), PHILLIPS (D. M.) , BILLARD (B.) - Airborne laser hydrography in Australia - . Applied Optics, vol. 25 n× 13, 1986.
-
(5) - LEGALL (A.), TOULLEC (B.), KERVERN (G.) et CERTENAIS (J.) - Airborne laser bathymetry : a novel technique for shallow water monitoring - , Revue Technique Thomson-CSF, vol. 25, n× 3, septembre 1993.
-
(6) - LEBRUN (G.), LEJEUNE (B.), CARISER...
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