Les transducteurs marins sont des dispositifs électroacoustiques qui convertissent les signaux électriques en ondes de pression acoustique et les fluctuations de pression entrantes en signaux destinés à être traités, permettant ainsi la communication, la détection, la navigation et le positionnement sur des plateformes maritimes sans équipage.
Cette catégorie regroupe les principaux fournisseurs de transducteurs sous-marins et maritimes, proposant des solutions utilisées sur les AUV, les UUV, les ROV et les USV.
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Stations de surveillance météorologique, transducteurs marins, sonars à balayage latéral et altimètres sous-marins
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Les transducteurs marins assurent la liaison électroacoustique entre les plateformes marines sans pilote et le milieu aquatique environnant. En mode émission, ces transducteurs acoustiques convertissent des signaux électriques en ondes de pression acoustique. En mode réception, ils convertissent les fluctuations de pression entrantes en signaux électriques en vue de leur traitement. Cela permet la détection, la communication, la navigation et le positionnement sur les véhicules sous-marins autonomes (AUV), les véhicules sous-marins sans équipage (UUV), les véhicules télécommandés (ROV) et les navires de surface sans équipage (USV).
L’intégration d’un transducteur sonar sous-marin nécessite de trouver un équilibre entre les performances acoustiques, l’espace disponible, la consommation d’énergie et les contraintes de montage. Le choix de l’architecture appropriée du transducteur dépend de la configuration de la plateforme, de la profondeur d’opération, de l’environnement acoustique et des objectifs de la mission.
Transducteur à ultrasons M190 Survey d’Airmar Technology Corporation
Un projecteur acoustique sous-marin est un transducteur de sonar actif conçu pour projeter des ondes sonores à haute énergie dans le milieu marin. Alimentés par des amplificateurs de puissance, ces projecteurs génèrent des ondes de pression contrôlées destinées aux sonars actifs, aux modems acoustiques, aux transpondeurs de positionnement et aux dispositifs de largage sous-marins. Les projecteurs à haute fréquence utilisent souvent des plaques piézocéramiques compactes ou des matériaux composites, tandis que les modèles à basse fréquence nécessitent généralement des surfaces rayonnantes plus grandes ou des structures résonnantes.
Un transducteur hydrophone est un dispositif de réception passif qui convertit les fluctuations de pression en signaux électriques. Ces capteurs détectent les signatures des navires, les cris des animaux marins, l’activité sismique et les échos des sonars actifs sur de larges plages de fréquences. Les appareils modernes utilisent des céramiques à base de titanate de zirconate de plomb, des films piézopolymères ou des fibres optiques couplées à des préamplificateurs à faible bruit.
Un émetteur-récepteur acoustique combine les fonctions d’émission et de réception au sein d’un même boîtier, ce qui simplifie son installation sur des plates-formes où l’espace est limité. Parmi les applications courantes, on trouve les modems acoustiques, les altimètres et les ensembles de transducteurs d’échosondeurs. Des circuits de commutation émission/réception protègent les préamplificateurs sensibles lors des impulsions à haute tension, tandis que le filtrage numérique et la suppression du signal de réception réduisent l’oscillation résiduelle du transducteur.
Un réseau de transducteurs combine plusieurs éléments acoustiques selon une géométrie définie afin de former des faisceaux focalisés, de déterminer les angles d’arrivée des signaux et de rejeter les bruits indésirables. Ces systèmes permettent d’orienter électroniquement les impulsions d’émission ou de former plusieurs faisceaux de réception sans recourir à des dispositifs mécaniques de pivotement et d’inclinaison. Les plateformes modernes peuvent utiliser un réseau de transducteurs sous-marin multiaxial, une configuration épousant la forme de la coque ou un réseau d’hydrophones remorqués.
Transducteur à large bande M194 200 kHz d’Airmar Technology Corporation
Les signaux radioélectriques s’atténuant rapidement dans l’eau de mer, la communication acoustique constitue la principale méthode d’échange de données sans fil à longue portée avec les plateformes immergées. Un modem acoustique utilise un transducteur spécialisé pour transmettre des données de télémétrie, des commandes de contrôle et des données de capteurs à travers la colonne d’eau. Les basses fréquences permettent d’atteindre de plus longues portées, tandis que les hautes fréquences permettent d’établir des liaisons à plus courte portée mais avec une bande passante plus élevée.
Les plateformes sous-marines sans pilote s’appuient sur des transducteurs acoustiques pour se positionner en l’absence de couverture satellite continue. Les têtes de transducteurs à base ultra-courte (USBL) mesurent les différences de phase ou de temps pour localiser les transpondeurs cibles, tandis que les réseaux à base longue (LBL) utilisent des transpondeurs posés sur les fonds marins comme références de position. Les log-vélocimètres Doppler (DVL) mesurent les décalages Doppler pour le suivi de la vitesse, les altimètres mesurent l’altitude du fond marin à l’aide d’un transducteur à faisceau unique, et les transducteurs de pression sous-marins fournissent des données de profondeur.
Les systèmes de sonar actifs utilisent des transducteurs marins pour la cartographie, la détection de cibles et l’évitement d’obstacles. Les transducteurs de sonar à balayage latéral produisent des faisceaux horizontaux étroits pour la cartographie par rétrodiffusion du fond marin, tandis que les transducteurs multifaisceaux génèrent de larges bandes acoustiques pour les levés bathymétriques. Les sonars à vision vers l’avant utilisent des réseaux sous-marins de transducteurs à ultrasons haute fréquence pour identifier les dangers et les obstacles en temps réel.
La surveillance acoustique passive permet aux plateformes sans pilote de suivre des sources sonores sans émettre d’énergie acoustique. Des hydrophones étalonnés facilitent la surveillance des mammifères marins, la recherche océanographique et la surveillance navale discrète. Le traitement embarqué permet de convertir les enregistrements bruts en résumés de données ciblés, réduisant ainsi les besoins en stockage et en transmission.
Les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et les véhicules sous-marins sans équipage (UUV) nécessitent des transducteurs compacts et économes en énergie, capables de s’intégrer dans des espaces de charge utile limités sans nuire aux performances hydrodynamiques. Les fenêtres acoustiques et les transducteurs encastrés protègent les faces des capteurs tout en préservant les lignes fluides de la coque. Une mise à la terre, un blindage et une séparation adéquats par rapport aux pilotes de moteurs à haute puissance contribuent à prévenir les interférences électromagnétiques.
Les véhicules télécommandés (ROV) utilisent une alimentation par câble pour faire fonctionner des sonars d’imagerie haute puissance, des systèmes sonars multiaxiaux, des caméras acoustiques et des suites de capteurs nécessitant une forte puissance de traitement. Le bruit des propulseurs, les vibrations structurelles et les vibrations du câble peuvent dégrader les performances acoustiques. Le fait de positionner les têtes de sonar à l’écart des panaches des propulseurs et d’utiliser des isolateurs de vibrations permet de préserver la clarté de l’image.
Les navires de surface sans équipage (USV) embarquent des transducteurs hydrographiques, des profileurs de courant et des passerelles acoustiques sous-marines, mais doivent fonctionner malgré les chocs contre la coque, l’action des vagues et les bulles d’air entraînées. Les opérateurs d’USV peuvent utiliser des perches rétractables, des quilles rigides escamotables ou des corps remorqués pour positionner les transducteurs sous la couche limite superficielle aérée.
Les planeurs à flottabilité contrôlée et les flotteurs de profilage utilisent des transducteurs à très faible consommation d’énergie et des hydrophones passifs pour la collecte de données environnementales sur de longues durées. L’absence d’hélices actives leur assure des conditions d’écoute silencieuses pendant les phases de glisse. Le fonctionnement par cycles, le traitement déclenché par événement et les boîtiers résistants à la pression permettent d’économiser de l’énergie et de maintenir les performances lors de plongées répétées.
Les modules d’atterrissage sous-marins constituent des plateformes statiques destinées à la surveillance acoustique passive et à la collecte de données océanographiques sur de longues durées. L’absence de mouvement de la plateforme et de bruit des propulseurs garantit la clarté des données acoustiques, à condition que la structure soit isolée des vibrations du fond marin et des mouvements des câbles. Les déploiements de longue durée nécessitent une protection contre l’encrassement biologique, des boîtiers résistants à la corrosion et des horloges précises.
Les progrès réalisés dans le domaine des matériaux acoustiques, de la fabrication du silicium et de la fabrication additive améliorent les performances des transducteurs marins modernes.
Ces technologies continuent d’étendre les capacités de détection sous-marine tout en réduisant les exigences d’intégration des plates-formes.
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