FR2952189A1 - Procede de detection et de localisation d'une source accoustique immergee a grande profondeur - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de détection et de localisation de « pingers » d'aéronefs ayant subi un crash au-dessus d'une mer et immergés à grande profondeur, et en particulier par plus de 6000m de fond dans une zone géographique de recherche très étendue (au moins plusieurs centaines de km ). Ce procédé consiste essentiellement à immerger un réseau de plusieurs dizaines de balises recevant éventuellement le signal du « pinger à 37,5 KHz et émettant des informations correspondantes à une fréquence plus faible (8 à 16 KHz).

Description

PROCÉDÉ DE DETECTION ET DE LOCALISATION D'UNE SOURCE ACOUSTIQUE IMMERGEE A GRANDE PROFONDEUR La présente invention se rapporte à un procédé de détection et de localisation d'une source d'émission acoustique immergée à grande profondeur, et en particulier d'une source d'émission acoustique immergée par plus de 6000m en particulier si la zone géographique de recherche est très étendue (au moins plusieurs centaines de km2), ainsi qu'à un dispositif de mise en oeuvre d'un tel procédé.

Un accident récent de Juin 2009 (vol AF 447 Rio-Paris) a mis en lumière la difficulté de retrouver rapidement les «boîtes noires » (enregistreurs de bord) immergées à grande profondeur suite à la destruction de l'aéronef au dessus de la mer. Cette difficulté est considérablement accrue avec l'augmentation de la surface de recherche (incertitude sur la position de l'épave). Cette recherche se fait actuellement par détection, à l'aide d'un capteur immergé, captant les signaux acoustiques émis par les «pingers » (émetteurs) de ces boîtes noires. De tels signaux se composent d'une porteuse à haute fréquence (typiquement 37.5 KHz dans les matériels actuels) hachée de façon sensiblement périodique et sont émis à faible niveau.

Si les paramètres de fonctionnement de tels émetteurs présentent certains avantages (autonomie et compacité de l'émetteur) ils sont très handicapants pour la recherche à grande profondeur. On sait par exemple que la détection d'une impulsion élémentaire des «pingers » à 37.5 KHz dans du bruit de mer avec un hydrophone omnidirectionnel est limitée à 2500 m, c'est-à-dire bien moins que les profondeurs océaniques possibles (jusqu'à 4500 m à l'endroit de l'accident de l'AF447). La présente invention a pour objet un procédé de détection des émissions de «pingers » actuels (à 37.5 KHz) permettant d'accélérer la recherche et la localisation de ces «pingers » à l'aide d'un dispositif dont le déploiement peut être extrêmement rapide (de l'ordre de quelques heures), ainsi que le dispositif lui-même, de façon à détecter une émission d'un «pinger» du type actuel malgré une incertitude sur la localisation de ce «pinger » dépassant de beaucoup la portée de détection d'un tel «pinger ». L'invention a également pour objet le processus de déploiement et l'exploitation des informations émises par le dispositif de l'invention en vue de détecter et de localiser le « pinger » dans les meilleures conditions possible. Le procédé conforme à l'invention est un procédé de détection et de localisation dans une zone géographique étendue d'une source d'émission acoustique immergée par accident à grande profondeur, et il est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : ^ Largage d'un dispositif de détection comportant au moins une balise réceptrice et émettrice dans la zone supposée de l'immersion de la source, ^ Réception et enregistrement par chaque balise en mesure de le faire des signaux de la source à l'aide de plusieurs hydrophones et émission, à une fréquence acoustique inférieure à la fréquence d'émission de ladite source immergée, d'informations de détection de la source comportant au moins une partie des informations qu'elle reçoit de la source, ^ Réception par au moins une plate-forme de réception flottante ou sous-marine des signaux acoustiques émis par au moins une des balises du dispositif de détection, et exploitation de ces signaux pour localiser la source immergée.

Selon une caractéristique de l'invention, la source émet au-dessus de 20 KHz et chaque balise émet à une fréquence comprise entre 8 et 16 kHz environ.. Selon encore une autre caractéristique, chaque balise enregistre le signal 25 acoustique reçu dans une bande spectrale autour de 37.5 KHz pendant une période correspondant au mouvement de descente de la balise depuis la surface jusqu'à l'arrivée à sa position immergée la plus basse. Cette position la plus basse est par exemple celle à une distance de quelques centaines de mètres du fond sous-marin, afin de dégager les antennes d'écrans dûs au relief. 15 20 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le signal reçu par au moins une balise est traité jusqu'au point de fournir la certitude de la détection de la source. Selon encore une autre caractéristique, le dispositif de l'invention est un dispositif pour la détection et la localisation dans une zone géographique étendue d'une source d'émission acoustique immergée par accident à grande profondeur, et il comporte au moins une balise immergeable comprenant une antenne acoustique de réception et un récepteur fonctionnant à des fréquences supérieures à 20 KHz, des circuits de traitement de signal acoustique, un enregistreur, un émetteur fonctionnant à une fréquence porteuse comprise entre 8 et 16 KHz environ, et un transducteur d'émission acoustique. Selon encore une autre caractéristique, le dispositif de l'invention comporte également au moins une plate-forme-relais de réception flottante ou sous-marine comprenant un récepteur accordé à la fréquence d'émission de la 15 balise et relié à des moyens d'émission radio.

Il faut noter que le dispositif de l'invention, considéré dans son ensemble, comporte plusieurs dispositifs de détection élémentaires immergés, qui seront dénommés par la suite «balises» (en fait, des balises «répéteuses ») et l'ensemble 20 des balises et des organes associés sera dénommé « filet acoustique ». La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est un bloc-diagramme simplifié d'un dispositif de mise en 25 oeuvre du procédé de l'invention, la figure 2 est une vue simplifiée du processus de mise en place d'un dispositif conforme à la présente invention, la figure 3 est un schéma d'une balise immergée telle que pouvant être mise en oeuvre par l'invention, et 30 les figures 4 à 6 sont des diagrammes d'évolution de caractéristiques d'émetteurs BF utilisés par l'invention.

Un calcul élémentaire de performances (voir ci-dessous en annexe) met en évidence qu'une fréquence d'émission de l'ordre de 8 à 16 KHz permet d'atteindre des portées beaucoup plus importantes qu'avec les «pingers» actuels émettant à 37.5 KHz. Cependant, du fait des périodes de qualification aéronautique, changer les fréquences des «pingers » est un processus de trop longue haleine pour pouvoir l'envisager à brève échéance. A échéance lointaine, il serait préférable de modifier la fréquence actuelle (pour passer à une fréquence comprise entre 8 et 16 kHz environ), d'autant qu'il ne s'agit pas d'en équiper les « boîtes noires » mais plutôt l'aéronef, comme cela est d'ailleurs fait dans l'aéronautique militaire. Dans une phase transitoire, un tel « pinger » pourrait avantageusement être disposé dans une valise elle-même disposée dans les aéronefs survolant des zones abyssales. En attendant une éventuelle normalisation de la nouvelle fréquence précitée des «pingers », le procédé de l'invention présente une solution transitoire, qui consiste à utiliser au moins une balise répéteuse telle que celle schématisée en figure 1, et de préférence un réseau de plusieurs telles balises. Ce réseau de plusieurs balises est immergé dans la zone probable de crash d'un aéronef. De préférence, le dispositif de l'invention comporte en outre un ou plusieurs organes-relais flottants mis en place à proximité de la verticale des balises immergées. La réussite de la phase S.A.R (« Search and Rescue » en anglais), en particulier en cas de crash de nuit, exige une intervention sur zone immédiate, et donc nécessite une mise en place par aéronef de ces organes relais Ces organes-relais ne sont pas absolument nécessaires si les recherches sont effectuées par un sous-marin et/ou si la zone probable de crash est réduite.

De façon avantageuse, en particulier pour pouvoir utiliser des moyens de largage existants, la balise de l'invention est suffisamment compacte pour être encapsulée dans un conteneur dont les dimensions sont approximativement celles des bouées passives françaises et américaines les plus utilisées, par exemple DSTV7, DSTV4M, SSQ641,SSQ653. C'est une condition importante d'utiliser des conteneurs de ces dimensions et des balises compactes, car un aéronef comme un ATL2 peut en embarquer plusieurs dizaines et utilise un dispositif de largage automatique éprouvé. Cette balise avec son conteneur est capable de descendre jusqu'à au moins 6000 m. Ce type de conteneur est essentiellement un cylindre résistant aux fortes pressions des abysses, muni d'un parachute déployé lors du largage et se détachant automatiquement à l'amerrissage, et également muni de moyens d'ancrage sur le fond sous-marin. La balise 1, telle que schématisée en figure 1, comprend essentiellement : et un circuit de réception et une antenne acoustique 2 suivis d'un circuit 3 de conditionnement de signal et d'un mélangeur 4 relié à un oscillateur d'hétérodynage 5. La sortie du mélangeur 4 est reliée via un circuit 6 de filtrage et de décimation à une entrée d'un dispositif d'enregistrement numérique 7 dont une autre entrée est reliée à la sortie d'un circuit 8 de conditionnement de signal dont les entrées sont respectivement reliées à un capteur de température 9 et à un capteur 10 de pression. Il est bien entendu que la balise de l'invention peut également comporter des capteurs d'autres types, magnétiques ou chimiques par exemple (non représentés).

La sortie du dispositif d'enregistrement numérique 7 est reliée à une entrée correspondante d'un calculateur de bord 11. Ce calculateur 11 est relié à un dispositif émetteur à modem 12, lui-même relié à un transducteur acoustique d'émission 13 (hydrophone). Le calculateur 11 est également relié à des dispositifs auxiliaires 14. Un tel dispositif auxiliaire est utilisé par exemple lorsque l'on souhaite que la bouée remonte vers la surface en fin de mission. On prévoit un largueur ou un boulon explosif et une capsule de remontée munie éventuellement d'un « pinger » radio pour la récupération. La balise 1 comporte également des batteries d'alimentation électrique (non représentées). Les batteries sont choisies de façon à présenter une autonomie suffisante pour assurer une veille prolongée et une émission récurrente pendant plusieurs cycles des signaux enregistrés (réémission automatique ou à la demande par télécommande à partir d'un aéronef, d'un sous-marin ou d'une station au sol s'il y a suffisamment de stations-relais entre la station au sol et la balise concernée), et ce, pendant un laps de temps d'au moins un ou deux mois. Le dispositif d'alimentation électrique de ces balises est avantageusement d'un type utilisé par la Demanderesse, pouvant rester opérationnel sous l'eau pendant plusieurs années, à savoir celui des largueurs «iXSea-OCEANO AR961B2S ».

L'émetteur-modem 12 émet un signal modulant une fréquence porteuse avantageusement comprise entre 8 et 16 kHz, et dans un mode de réalisation, cette fréquence est de 12 kHZ environ. La valeur optimale de cette fréquence est déterminée en fonction de différentes contraintes liées aux balises utilisées, en particulier : le volume disponible pour la partie électronique, l'autonomie recherchée, la puissance d'émission, la charge utile maximale des moyens de largage, les caractéristiques des moyens de détection des signaux émis par les balises,... D'autre part, la bande de fréquences de réception du récepteur 2 est centrée autour de 37.5 KHz. Le calculateur 1 l est avantageusement télé-programmable.

Le système de réception à 37.5 KHz est un système perfectionné par rapport à ce qui existe actuellement. En effet, d'abord il utilise une antenne multi-capteurs qui peut par exemple être constituée d'un ensemble d'hydrophones, fixés sur un mât commun. De façon avantageuse, cet ensemble est constitué de deux sous ensembles, chaque ensemble occupant 2,5 longueurs d'ondes environ le long de ce mât, la distance entre ces deux sous-ensembles étant comprise entre 0 et 5 longueurs d'onde, ces sous-ensembles étant disposés de manière à réaliser un interféromètre. Cette antenne possède un gain spatial très significatif, de l'ordre de 10 dB. De plus le système de réception de l'invention met en oeuvre un traitement intégrateur tel que décrit dans la demande de brevet français de la Demanderesse N° 0903157, déposée le 29 Juin 2009. Ce traitement de signal apporte un gain supplémentaire de l'ordre de 10 dB également. Sa portée de détection est très améliorée par rapport à celle des systèmes de surface en raison de l'absorption nettement plus faible à grande profondeur. Le cumul de ces trois moyens ( gain d'antenne, gain de traitement et absorption réduite) améliore notablement la portée de réception (qui est au moins de l'ordre de 5000 m en horizontal). Pour obtenir une antenne de 10 dB de gain, il faut réaliser une antenne de 5 X. d'ouverture (soit 10 hydrophones à k /2 disposés sur une longueur de 20 cm). Selon une variante de l'invention, on découpe cette antenne en deux tronçons de 2.5 k de manière à faire de l'interférométrie et mesurer finement l'angle d'incidence du signal (ce qui contribue à sa localisation).

Le segment de signal enregistré par la balise correspond au signal reçu par ses hydrophones au cours de sa plongée vers les abysses. Cette plongée peut durer plusieurs minutes, mais la période enregistrée est programmable selon l'immersion (par exemple les derniers 1000m de la plongée). Arrivée au fond, la balise peut également enregistrer le signal perçu du fond pendant un certain temps. Le signal reçu par les hydrophones (13) lors de la descente de la balise est filtré, hétérodyné à 37.5 KHz, numérisé et stocké dans une mémoire. Cette mémoire est ensuite relue. Cette relecture est par exemple périodique ou à la demande, ou partielle. Les données ainsi relues modulent une porteuse (à 12 KHz dans le présent exemple) selon une modulation appropriée (analogique ou numérique, en fonction du récepteur utilisé). Il est important d'enregistrer le signal lors de la descente pour accélérer la localisation une fois le signal détecté. En effet, en cas de détection, la variation de cadence de réception permet de déterminer la distance, et donc le rayon d'un cercle de position possible. Dans une telle situation, il suffit de deux balises supplémentaires pour déterminer précisément la position des « boites noires ». Le signal reçu est conditionné (par exemple par cadrage de dynamique, Filtrage de Nyquist, au minimum), numérisé et mémorisé. Après hétérodynage du signal à 37.5 KHz on peut obtenir une bande utile de 4 KHz et une numérisation sur 2 octets. En supposant une durée d'enregistrement de 10 minutes (600 secondes) ceci représentera 5 Mégaoctets de données par antenne (en cas d'interférométrie). Ces 40 Mbits peuvent ensuite être transmis par modem vers un organe central de réception, disposé sur une plate-forme de réception, par exemple sur une bouée flottante larguée en même temps que les balises et servant de relais radio avec l'extérieur. Cet organe central de réception peut aussi être disposé dans une station terrestre ou embarqué à bord d'un engin volant ou d'un navire, et ne comporter que le minimum nécessaire de circuits pour cette fonction de relais de transmission. Le signal mémorisé par la balise au cours de sa descente peut être retransmis de manière analogique (par modulation AM, BLU ou FM autour de la porteuse à 12 KHz). Cette première option présente l'intérêt d'une très grande simplicité. La durée de transmission est alors égale à la durée d'enregistrement. Cependant, la solution numérique permet une transmission beaucoup plus fiable à grande distance (par mise en oeuvre de techniques connues pour les modems en codage de source et de canal). Si l'on table sur un produit Débit*Distance de l'ordre de 20 KK (Kbps*Km), on voit que l'on ne peut guère dépasser un débit de l'ordre de 1 Kbps pour une station à 20 Km. Cela signifie qu'il faudrait environ 40 000 secondes pour transmettre toute l'information utile (sans codage de source), ce qui représenterait 11 heures d'émission et une dépense élevée d'énergie. Par contre, si on utilise un réseau de balises relais comme réseau de transmission, on peut multiplier le débit par 4. Selon une variante de l'invention, on installe à bord de la balise suffisamment d'intelligence pour lui permettre de détecter directement le signal du « pinger » à 37.5KHz, lorsque cela est possible. Cette option devient envisageable à partir du moment où le système dispose d'un enregistreur. Dans ce cas, le système peut émettre un signal particulier qui indique à l'organe central de réception qu'il confirme la détection. Le nombre de bits d'information sera bien plus faible.

Selon encore une autre variante de l'invention, le « pinger » dispose de moyens lui permettant de lire les informations contenues dans la «boîte noire» (possibilité non encore normalisée actuellement), les transmet à la balise de l'invention qui les retransmet à son tour à l'organe central. Selon encore une autre variante de l'invention, au moins une des balises d'un réseau de balises comporte un récepteur accordé à la basse fréquence d'émission des balises (12 KHz dans le cas présent), et sert de relais pour ses voisines et/ou de station centrale d'émission vers les moyens de recherche de la «boîte noire ». Dans ce dernier cas, cette balise est avantageusement attachée à une bouée flottante à laquelle elle est reliée par fil pour la transmission de données, cette bouée étant une bouée flottante standard munie de moyens émetteurs radio, la balise comportant alors des moyens de communication avec l'émetteur de la bouée. Selon encore une autre variante de l'invention, la balise comporte une partie radio disposée sur une bouée flottante, qui reste en liaison radio avec les moyens de recherche aériens (ou à bord de navires), et d'une antenne acoustique plongeante qui lui est reliée par une fibre optique pendant toute la descente (jusqu'à 6000 m par exemple), la fibre se détachant à l'arrivée, car de toute façon, elle n'est pas faite pour résister aux inévitables efforts dus aux courants marins. Pendant toute la descente, l'antenne plongeante transmet ce qu'elle entend à la bouée flottante via la fibre, ces données étant stockées dans la bouée radio. Il est possible d'utiliser l'ensemble des balises comme un réseau de transmission. De cette façon, la balise ayant détecté une « boite noire » transmet cette information à sa « voisine » qui la relaie à son tour jusqu'à l'organe central. La procédure de confirmation de la détection est alors considérablement accélérée par cette chaîne de modems. Bien plus qu'une balise «répéteuse », on a ici affaire à un véritable « filet acoustique » dans lequel chaque balise a un double rôle : individuel et collectif. Le système d'émission à 12 KHz permet une détection à très grande distance ; mais, comme on le sait, une telle transmission n'est pas forcément très facile dans les conditions de propagation océanique (trajets multiples, fluctuations). Il faut donc équiper la balise d'un véritable modem intelligent pour réaliser la transmission (avec tout le protocole qui s'impose). La sophistication du modem impacte directement la complexité du système de réception, sa procédure d'utilisation et finalement le coût global et l'efficacité de la recherche des boites noires. Parmi les fonctionnalités avantageuses que présente ce modem, on peut citer des fonctionnalités connues en soi dans d'autres contextes, et qui sont en particulier : le codage de source, le codage de canal, l'émission par paquets, les accusés de réception, l'égalisation. Les paramètres du modem sont optimisés de façon à adapter les paramètres de la modulation numérique à la stationnarité canal, à la distance entre les balises, ou à l'énergie disponible. L'utilisation d'un protocole (du type IP) de transmission par paquets, d'accusés de réception avec répétition en cas d'échec, permet de garantir la qualité de transmission globale du réseau. Parmi les techniques d'étalement robuste des émissions, on peut citer l'OFDM ou le DSSS. Le déploiement du dispositif de l'invention est réalisé de la façon suivante, exposée ci-dessous, en référence à la figure 2, pour le cas d'un petit nombre de balises, étant bien entendu qu'en général, ou largue un plus grand nombre de telles balises (plusieurs dizaines) à peu près régulièrement réparties dans la zone où l'on suppose qu'un aéronef a sombré.

En cas de crash d'un aéronef, dont on a seulement représenté en figure 2 le «pinger» 15 reposant sur un fond sous-marin 16 d'une mer profonde 17 (d'une profondeur supérieure à 4.000 m par exemple), un aéronef de largage 18 peut être sur zone en quelques heures et larguer en chapelet plusieurs dizaines de balises (tous les 5 Km par exemple pour obtenir un minimum de recouvrement entre les zones de réception respectives des balises voisines). Sur la figure 2, on a représenté une balise 19 ayant été larguée et reposant sur le fond sous-marin 16, puis une balise 20 larguée ensuite et terminant sa descente dans la mer, une balise 21 larguée après la balise 20 et commençant sa descente dans la mer, et enfin une balise 22 munie de son parachute 23 venant d'être larguée. On a également représenté sur la figure 2 une bouée flottante 24 larguée juste avant la balise 19 et servant de relais émetteur radio entre les balises (au moins la balise 19, la plus proche) et l'aéronef 18 (s'il est prévu qu'il puisse effectuer également une mission de localisation de «pinger ») ou bien une plate-forme de réception (non représentée) terrestre, aéroportée ou à bord d'un navire. On a schématisé en figure 3 un exemple de réalisation d'une balise immergeable conforme à l'invention. On n'y a pas représenté les moyens de largage, en particulier le parachute 23 de la figure 2 et les moyens à bord de l'aéronef de largage (18). Cette balise 25 comporte essentiellement, dans un conteneur cylindrique 26 pouvant résister aux fortes pressions régnant dans les abysses (à au moins -6.000 m) : - deux blocs d'hydrophones 27, 28 (pour une fréquence de réception à 37,5 KHz, ou en tout cas pour une fréquence de réception supérieure à 20 KHz) séparés par un espace 29, ces deux blocs occupant chacun, longitudinalement 2,5 longueurs d'ondes. L'espace 29 a une longueur avantageusement comprise entre 0 et 5 longueurs d'onde), de manière à réaliser un interféromètre - une batterie d'alimentation électrique 30, - un calculateur 31, - un modem 32, - un émetteur BF et une antenne d'émission 33 (pour une émission à 12 KHz dans le cas présent) -. A la partie inférieure du conteneur 26 (telle que considérée en utilisation), on fixe un filin 34 au bout duquel est fixé un lest 35. Le lest 35 est fixé à une certaine distance du fond du conteneur 26 (quelques centaines de mètres par exemple) afin de perturber le moins possible le champ de réception des antennes 27, 28. De façon avantageuse, la batterie 30 peut être disposée dans ce lest 35. - La face supérieure du conteneur 26 est reliée par un filin 36 de quelques mètres de long à une bouée 37, dont les caractéristiques sont calculées de façon qu'en combinaison avec le lest 35, elle puisse maintenir le conteneur 26 à quelques centaines de mètres du fond sous-marin, sur lequel le lest repose.

Le champ de réception de chaque balise couvre une surface sensiblement circulaire d'environ 25 Km' et chacune peut communiquer avec ses proches voisines. L'une des balises sert éventuellement de balise centralisatrice pour relayer l'information des autres balises. : Après largage, chaque balise entame une longue descente (pouvant aller jusqu'à 6000m ou même davantage), et elle enregistre des données surtout pendant la dernière partie de cette chute (par exemple les 1000 dernières secondes). Ceci peut être programmé de façon connue en soi, mais c'est généralement près du fond que la balise est le mieux à même de détecter le « pinger » recherché. De préférence, la balise enregistre également la bathythermie ambiante, ce qui permet d'avoir des informations sur les conditions de propagation. Cette bathymétrie est transmise en surface par modem dans le message que la balise transmet à la demande.

Dans le détail, la mise en oeuvre du procédé de l'invention est la suivante : • Chaque balise telle que la balise 1 est larguée (idéalement par un aéronef) et descend vers les profondeurs en enregistrant les signaux reçus dans sa bande de réception pendant au moins une partie de sa descente et même après la fin de cette descente (par exemple pendant la première heure de son immersion). L'enregistreur 7 de la balise enregistre également les mesures effectuées par ses différents capteurs (9 et 10 ainsi qu'éventuellement d'autres capteurs non représentés) au cours de la descente vers les fonds sous-marins, et même après pour permettre de connaitre l'évolution des paramètres mesurés (température, vitesse et direction des courants sous-marins,...). • La balise, une fois immobilisée à une certaine distance du fond (par exemple quelques centaines de mètres) afin d'offrir aux antennes d'émission et de réception un certain dégagement au dessus du relief environnant, et ne pas altérer la propagation, et éventuellement après un laps de temps réglable, commence à émettre. Les données émises par la balise modulent une porteuse à 12 KHz, et comprennent, si la balise reçoit des signaux d'un «pinger », un simple signal de détection de « pinger » et les données reçues de celui-ci, le signal reçu par l'antenne 3 et véhiculant ces données étant hétérodyné et filtré (ou simplement la balise émet un signal de non-détection dans le cas contraire) et tout ou partie du signal qu'elle a enregistré lors de sa descente grâce aux informations fournies par son antenne 2 et ses capteurs 9 et 10. Cette modulation de la porteuse à 12 KHz peut être analogique (la plus simple, mais moins efficace du point de vue de l'intégrité des données que les modulations numériques). Dans le cadre de l'invention, le choix de la modulation résulte d'un compromis entre les performances et le coût global du système. • Le signal reçu par au moins une balise est traité jusqu'au point de fournir la certitude de la détection de la source. Il s'agit seulement d'automatiser la procédure de détection, par exemple en utilisant la méthode d'intégration « mufti pings » telle que décrite dans ladite demande de brevet français de la Demanderesse N° 0903157. Mais, quelle que soit la méthode de détection, pourvu qu'elle soit automatique, elle peut déclencher l'enregistrement des signaux reçus et leur ré-émission à 12 KHz, avec évidemment des erreurs possibles, comme pour tout système de détection automatique. • Selon un autre mode de réalisation (non représenté), chacune des balises immergées est reliée par fil à une bouée insubmersible flottant sensiblement à sa verticale et munie d'un émetteur radio retransmettant à la demande les données qu'il relaie depuis sa balise. Dans ce cas, il est possible de déporter une partie des moyens électroniques de la balise 1 dans la bouée, en ne gardant dans la balise qu'un minimum de moyens (en particulier : récepteur, circuits de mise en forme des signaux reçus et batteries). • La balise immergée n'est, en général, pas destinée à être récupérée, bien que cela puisse être envisagé dans certains cas (par exemple si elle est solidaire d'une bouée flottante qui permet de la repérer facilement et de la récupérer tout aussi facilement). Si l'on considère en effet que le système doit être largué par aéronef, il est probable que la dimension physique disponible conduise à la spécification d'un système « jetable » et le moins encombrant possible. • Le niveau d'émission à 12 KHz de l'émetteur de la balise 1 est beaucoup plus élevé (à environ 190 dB) que celui des «pingers » actuels à 37.5 KHz (à environ 160 dB). La portée de détection profite donc d'un double phénomène : un gain d'émission sur le bruit ambiant de 20dB et l'absorption qui passe typiquement de 9 dB/Km (à 37,5 KHz) à 1 dB/Km (à 12 KHz). • Selon l'invention, l'émetteur de la balise 1 n'émet pas en permanence, mais par « bouffées » espacées et/ou à la demande, ce qui peut permettre, même s'il consomme, en régime permanent, plus d'énergie que celui des « pingers » actuels, de ne pas en diminuer l'autonomie, ou même de l'augmenter par rapport à celle de ces « pingers ». En effet, il ne sert à rien que la balise répète sans fin ce qu'elle a enregistré si personne n'est là pour l'entendre. De façon avantageuse, la balise effectue cette répétition pendant un certain temps après son immersion pour ensuite rester en veille et devenir télé-opérable. Dans ce cas, elle comporte une circuiterie électronique basse consommation pouvant rester en veille plusieurs années par grand fond et pouvant être activée acoustiquement. • Le système de détection des balises de l'invention comporte des récepteurs disposés sur des bouées flottantes et/ou sur des sous-marins. La fréquence d'accord de ces récepteurs est de 12 KHz, fréquence qui est très facilement détectable à grande distance dans l'eau de mer (en particulier par un système acoustique dont sont munis certains sous-marins). Notons bien cependant qu'il ne s'agit pas seulement de détecter cette basse fréquence, mais aussi d'obtenir une copie fidèle du signal enregistré dans au moins une balise à 37.5 KHz, ce qui exige un bon niveau de signal et une bonne protection contre les trajets multiples (donc un vrai système d'émission en FM ou en numérique). En variante de l'invention, le système de détection comporte des « relais » flottants (tel celui de la bouée 24 de la figure 2) disposés dans le champ d'émission des balises et comprenant chacun un récepteur à 12 KHz relié à un émetteur radio capable d'entrer en liaison avec des récepteurs correspondants de stations d'écoute disposées à bord de navires et/ou d'aéronefs. • L'efficacité globale du système complet dans une opération de recherche résulte du déploiement du dispositif par exemple par l'aéronavale (largage de dizaines de bouées) et d'une station d'écoute qui peut gérer l'ensemble des bouées. Une fois le dispositif entièrement déployé, c'est-à-dire quelques minutes après le largage de la dernière balise, deux situations sont possibles : • L'une des balises a détecté le signal d'une boîte noire et il est alors urgent de le faire savoir le plus vite possible, par exemple en utilisant le réseau de balises comme une chaîne de transmission vers une bouée relais en surface qui est en liaison radio avec l'aéronef. Une fois alerté, l'aéronef peut identifier la balise détectrice, compléter le dispositif de localisation en larguant des balises supplémentaires et orienter les moyens de surface vers la zone critique. • Aucune balise n'a permis de détecter le signal des boîtes noires. Dans ce cas il faudra interroger individuellement chaque balise, décharger les données enregistrées et refaire un traitement du signal plus poussé que le traitement automatique. Ceci est bien sûr beaucoup plus long.

Selon une autre variante de l'invention, le dispositif de détection et de localisation comporte des balises dérivantes à immersions réglables, larguées selon une ligne qui dérive selon des courants connus dans la zone surveillée en balayant le territoire à surveiller. Les balises dérivantes sont plus compliquées que les balises fixes, mais elles sont moins nombreuses et récupérables. Annexe Détection des « ningers » des enregistreurs de bord d'aéronefs.

Les «pingers » actuels émettent une suite ininterrompue d'impulsions de 10 ms à 37.5 KHz, avec une récurrence de 1 sec. Le niveau d'émission est de 160 dB (ref 1 µPa à lm). L'équation du sonar est donnée par la condition : SE = SLùTLùNL+DI +1 OLog(T )+ 5Log(N)ù DT > 0.

Dans cette expression, on a : Le terme de gauche SE est dénommé « Signal Excess ». Il contient les termes : SL =160 dB (ref 1 µPa à lm), ce qui est le niveau d'émission disponible pendant au moins 30 jours, en pratique un peu plus (la tension des piles chute progressivement) et le niveau décroît ensuite avec le temps. Il faut noter que les piles n'aiment pas les basses températures (4°C dans les grands fonds). TL = 60+2OLog(R)+aR dB est l'absorption due à la divergence géométrique (loi en 1/ R 2 ). R (en Km) est la distance de propagation, et a dB/Km l'absorption. On utilise la formule de François & Garrison qui permet de tenir compte de 30 l'immersion et de la température de l'eau. À 37.5 KHz, en surface, on a a = 9 dB/Km, tandis qu'à 3000 m de fond on a plutôt a = 6 dB/Km. Ceci montre qu'un sous-marin naviguant à -300m a un avantage de 3 dB par rapport à une détection par un bateau de surface. NL = 64û17Log(f) dB est le niveau de bruit de mer pour une mer 3 établie. À 37.5 KHz le niveau de bruit est donc de l'ordre de 37.2 dB. DI = 3 dB est le gain d'antenne (index de directivité pour du bruit isotrope) pour un hydrophone «bafflé », mais une antenne peut avoir un gain très important. 1OLog(T) = -20 dB est le gain de traitement pour un filtre adapté à 10 ms. 5Log(N) = 8.9 dB est le gain d'intégration incohérent en cas d'intégration de 60 impulsions successives (une minute). DT =13 dB est le seuil de détection pour un détecteur d'enveloppe dans du bruit gaussien. Ce seuil de détection correspond à une probabilité de détection de 90% et une probabilité de fausse alarme du millième. Ce seuil est considérablement abaissé quand on utilise une méthode d'intégration visuelle.

Les tracés de l'excès de signal en fonction de la distance permettent d'évaluer facilement la portée des différents procédés, c'est ce qui est fait par la suite. Le système de l'invention réalise une intégration incohérente des pulses pendant 60 secondes. Le gain d'intégration est de 5Log(60)=8.9 dB. Par ailleurs, l'intégration visuelle permet de supporter un taux de fausses alarmes très important (C'est le même phénomène que dans le cas des LOFAR où le seuil de détection peut être descendu à 4 dB au lieu de 13 dB). Si on prend Pd=0.5 et Pfa=0.1 on trouve un seuil de l'ordre de 4 dB. Le cumul de ces deux gains est donc de l'ordre de 18 dB. L'effet en est démontré sur la figure 4. La portée passe de 2.6 Km (courbe A) à 4.5 Km (courbe B). On notera que les portées de détection mentionnées ici correspondent, pour les trois figures 4 à 6, à un « signal excess » de 0 dB. Par ailleurs, on peut également vérifier qu'une antenne de 10 dB de gain en réception permettra de passer à 5.5 Km (c'est la courbe C la figure 4). Le gain spatial apporte 1 Km de portée supplémentaire.

La vraie solution au problème posé (détection d'un pinger coopératif par des fonds de 6000m) passe par une réduction significative de la fréquence ou une augmentation majeure du niveau d'émission (au moins 20 dB). La figure 5 illustre les performances obtenues avec le même principe d'intégration incohérente pour trois fréquences différentes. On constate que le système de l'invention permet une portée de 12 Km à 16 KHz et de 20 Km à 8 KHz. Avec une antenne de 10 dB de gain ces portées passent respectivement à 6, 16 et 30 Km (à 37, 16 et 8 KHz, pour les courbes D, E et F respectivement). On notera que sur cette figure 5, à un niveau de 0 dB, on a la portée d'un système avec un gain d'intégration, sans antenne directive.

On en conclut que pour améliorer la détection, on doit impérativement utiliser la méthode d'intégration cohérente et, si possible, une antenne à grand gain spatial. Sur la figure 6 on a considéré l'utilisation d'un système d'intégration et d'une antenne directive.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détection et de localisation dans une zone géographique étendue d'une source d'émission acoustique immergée par accident à grande profondeur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : ^ Largage d'un dispositif de détection comportant au moins une balise réceptrice et émettrice dans la zone supposée de l'immersion de la source, ^ Réception et enregistrement par chaque balise en mesure de le faire des signaux de la source à l'aide de plusieurs hydrophones et émission, à une fréquence acoustique inférieure à la fréquence d'émission de ladite source immergée, d'informations de détection de la source comportant au moins une partie des informations qu'elle reçoit de la source, ^ Réception par au moins une plate-forme de réception flottante ou sous-marine des signaux acoustiques émis par au moins une des balises du dispositif de détection, et exploitation de ces signaux pour localiser la source immergée. 20
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source émet au-dessus de 20 KHz et que chaque balise émet à une fréquence comprise entre 8 et 16 kHz environ.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre plusieurs balises dérivantes. 25
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins une dizaine de balises selon l'une des revendications précédentes, et que ces balises communiquent acoustiquement les unes avec les autres dans un réseau acoustique global et en utilisant un protocole de communication inter-balises. 30
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque balise est larguée par un aéronef et que le signal émis par la 15balise est exploité par une bouée acoustique flottante du type de celles utilisées par l'aéronavale.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal reçu par au moins une balise est traité jusqu'au point de fournir la certitude de la détection de la source.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal émis par chaque balise est un signal modulé de manière analogique.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal émis par chaque balise est modulé de manière numérique après des opérations de codage de source et de codage de canal.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d'hydrophones est constitué d'une antenne interférométrique permettant la mesure de la direction d'incidence du signal reçu.
10. 10. Dispositif pour la détection et la localisation dans une zone géographique étendue d'une source d'émission acoustique immergée par accident à grande profondeur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une balise immergeable comprenant une antenne acoustique de réception et un récepteur (2) fonctionnant à des fréquences supérieures à 20 KHz, des circuits de traitement de signal acoustique (3), un enregistreur (7), un émetteur (12) fonctionnant à une fréquence porteuse comprise entre 8 et 16 KHz environ, et un transducteur d'émission acoustique (13).
11. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte également au moins une plate-forme-relais de réception flottante ou sous-marine (24) comprenant un récepteur accordé à la fréquence d'émission de la balise et relié à des moyens d'émission radio.