Introduction à la détection sous-marine passive

Depuis la Seconde Guerre mondiale, les sonars passifs jouent un rôle clef dans la lutte sous-marine car ils permettent la détection de cibles tout en restant discrets et économes en énergie. Par ailleurs, les contraintes d’emplois des sonars actifs sont de plus en plus fortes : protection de la faune, coordination des émissions lors des opérations conjointes avec d’autres marines. Même si les budgets alloués à la détection sous-marine (DSM) passive ont décru depuis la fin de la guerre froide, ce secteur d’activité a gardé un certain dynamisme car les menaces sont certes moins nombreuses mais de plus en plus silencieuses, donc de plus en plus difficiles à détecter.

Nous présentons ici les notions de bases relatives à la DSM passive, domaine qui touche à des disciplines très diversifiées allant de l’hydrodynamique au traitement du signal en passant bien évidemment par l’acoustique. Le but de cet article n’est donc pas de faire du lecteur un ingénieur sonariste aguerri mais de lui permettre d’acquérir les éléments de base permettant d’accéder aux nombreux mais volumineux ouvrages traitant de la DSM passive. La présentation des notions élémentaires de la DSM se fait ici en suivant le cheminement du signal rayonné par les bruiteurs (navires, cargos, sous-marins, faune sous-marine, plates-formes offshores, etc.). Ce signal source se propage ensuite dans l’eau pour être reçu par des antennes puis traité et présenté à l’opérateur. Nous avons retenu cet ordre car il correspond à l’écriture habituelle des termes de l’équation sonar en passif. Nous ne traitons pas ici des fonctions plus en aval comme le pistage, l’identification/classification ou la localisation par télémétrie ou trajectographie passive. Nous nous sommes donc limités au niveau de ce que l’on nomme la primo-détection, c’est-à-dire la décision binaire de présence ou non d’une source (unique) dans une direction donnée.

Afin que le lecteur ait d’emblée une idée de l’utilisation pratique des sonars passifs, nous débutons par la description de trois exemples réels de détection passive en mer. Le premier exemple est relatif au sonar d’un cuirassé de la Seconde Guerre mondiale, le Prinz Eugen. Le deuxième date de la guerre froide et porte sur un réseau sous-marin surveillant le passage entre le Groenland, l’Islande et le nord du Royaume-Uni. Le troisième est plus récent : il concerne la détection des balises de détresse des boîtes noires des avions perdus au fond des océans. Pour ces trois situations, des portées de détections sont accessibles dans la littérature ouverte, ce qui, dans ce domaine ô combien secret, est relativement rare. Le jeu va être de savoir si ces portées sont réalistes et si oui, dans quelles conditions. La résolution de ces exemples applicatifs de l’équation sonar est proposée en fin d’article.

Préalablement, nous allons fournir les bases de la résolution de ces trois exemples en commençant par rappeler ce qu’est une onde acoustique et les avantages que cette grandeur physique possède par rapport à d’autres (optique, magnétique, électrique, etc.). Nous introduisons ensuite l’équation sonar en passif. Puis chacun des termes fait l’objet d’une section spécifique le décrivant plus précisément.

Le premier de ces termes est celui relatif aux bruits rayonnés par les sources : il résulte de la sommation de plusieurs types de signaux dont nous donnons l’origine physique et la modélisation. Ces signaux peuvent être stationnaires ou non (c’est-à-dire transitoires comme les chocs). C’est aussi le cas des impulsions électroacoustiques émises par des sonars actifs adverses que le récepteur passif doit intercepter car ils représentent souvent une menace de détection importante.

La propagation des signaux dans le milieu marin fait l’objet de la section suivante. Nous montrons l’impact des variations de la vitesse du son en fonction de la profondeur sur la propagation ainsi que les paramètres physiques jouant sur l’atténuation des sons dans l’eau de mer.

Comme le plus profond et éloigné des océans n’est jamais le monde du silence cher au commandant Jacques-Yves Cousteau, nous présentons les différentes origines de bruits ambiants pénalisant la détection des sources (c’est-à-dire les bruiteurs) ainsi que les nuisances sonores issues du porteur lui-même.

Les antennes des sonars passifs et leurs diverses géométries font l’objet de la section suivante ainsi qu’une rapide présentation de ce qu’est le traitement de base en sonar, la formation de voies panoramique.

Le dernier volet est relatif aux procédés de détection des signaux issus des chaînes amont ainsi qu’à leur présentation interactive aux opérateurs.

La résolution des trois exemples introduits en début d’article ainsi qu’une conclusion viennent clore cette présentation.