Introduction à L’Océanographie

Le Son est une forme d’énergie transmise par des ondes de pression; des ondes longitudinales ou de compression semblables aux ondes P sismiques dont nous avons parlé à la section 3.3. Avec les sons océaniques, l’énergie est transmise par des molécules d’eau qui vibrent parallèlement à la direction de l’onde sonore et transmettent l’énergie aux molécules adjacentes. Par conséquent, le son se déplace plus rapidement et plus efficacement lorsque les molécules sont plus proches les unes des autres et sont mieux en mesure de transférer leur énergie aux particules voisines., En d’autres termes, le son se déplace plus rapidement à travers des matériaux plus denses. Étant donné que l’eau est beaucoup plus dense que l’air, la vitesse du son dans l’eau (environ 1500 m/s) est environ cinq fois plus rapide que la vitesse dans l’air (environ 330 m/s). Cela aide à expliquer pourquoi nous avons parfois de la difficulté à localiser la source d’un son que nous entendons sous l’eau. Nous localisons les sources sonores lorsque notre cerveau détecte les minuscules différences dans l’heure d’arrivée des sons atteignant nos oreilles. Un son qui vient de notre gauche pour atteindre notre oreille gauche une fraction de seconde avant d’atteindre notre oreille droite., Notre cerveau peut traiter cette petite différence d’heure d’arrivée pour reconnaître la direction d’où vient le son. Dans l’eau, le son est tellement plus rapide que la différence d’heure d’arrivée entre nos oreilles devient trop petite pour que nous puissions l’interpréter, et nous perdons la capacité de localiser la source.

cependant, comme pour le son dans l’air, la vitesse du son dans l’océan n’est pas constante; elle est influencée par un certain nombre de variables, y compris la température, la salinité et la pression, et une augmentation de l’un de ces facteurs entraînera une augmentation de la vitesse du son., Nous avons vu que ces variables changent avec la profondeur et l’emplacement; ainsi, la vitesse du son diffère selon les régions de l’océan.

pour examiner la façon dont la vitesse du son change en fonction de la profondeur, nous devons considérer les profils verticaux pour la température et la pression. À la surface, la pression est faible, mais la température est à son plus haut point dans la colonne d’eau. Les effets de température dominent à la surface, de sorte que la vitesse du son est rapide dans les eaux de surface. À mesure que la profondeur augmente, la température et la vitesse du son diminuent., Près du fond, la pression extrême domine, et même si les températures sont basses, la vitesse du son augmente avec la profondeur. À des profondeurs modérées (entre quelques centaines et mille mètres), il existe une zone où la température et la pression sont relativement basses, de sorte que la vitesse du son est minimale. Cette zone de vitesse minimale est appelée canal SOFAR (Sound Fixing And Ranging) ou Canal Deep Sound (Figure 6.4.1).

le canal SOFAR est important car les sons produits dans cette région peuvent être propagés sur de très longues distances avec peu d’atténuation (perte d’énergie). Les ondes sonores produites dans le canal rayonnent dans toutes les directions. Les ondes qui se déplacent dans des eaux moins profondes ou plus profondes à l’extérieur du canal sonore entrent dans une région de transmission du son plus rapide., Comme nous l’avons vu avec les ondes sismiques, lorsque ces ondes sonores rencontrent une région de vitesse de transmission différente, les ondes ont tendance à être réfractées ou courbées vers la région de vitesse inférieure. En conséquence, les ondes sonores se déplaçant du canal SOFAR dans l’eau moins profonde seront réfractées vers le canal. Comme les ondes sonores vont plus profondément sous le canal, ils seront réfractés vers le haut, retour dans le canal et la région de vitesse plus lente., De cette façon, une grande partie du son ne se dissipe pas dans l’eau dans toutes les directions, mais est piégée dans le canal et peut parcourir de très longues distances avec peu de perte d’énergie (Figure 6.4.2).

Il existe plusieurs applications pratiques du canal SOFAR., On pense que les baleines à fanons utilisent le canal SOFAR pour communiquer entre elles sur de longues distances de centaines à des milliers de kilomètres. Leurs vocalisations sont très fortes et sont des appels à basse fréquence, qui voyagent plus loin que les sons à haute fréquence dans les océans. L’armée a été en mesure de suivre les sous-marins en utilisant le canal SOFAR, et pendant la Seconde Guerre mondiale, il a été utilisé pour localiser les pilotes abattus ou les navires et les avions manquants., Un pilote échoué pourrait laisser tomber un petit appareil dans l’eau, et une fois qu’il a coulé dans le canal SOFAR, il exploserait, créant un son qui pourrait être entendu à plusieurs stations d’écoute. En utilisant l’heure d’arrivée du Son aux différents récepteurs, l’emplacement de la source pourrait être déterminé par triangulation. Dans les années 1990, il a été suggéré que le canal SOFAR pourrait être utilisé pour surveiller les températures mondiales des océans., Un projet connu sous le nom D’ATOC (Acoustic Thermometry of Ocean Climate) a été proposé où des sons forts et basse fréquence produits près d’Hawaï et de la Californie voyageraient à travers le canal SOFAR jusqu’à des stations de réception autour du Pacifique. En surveillant le temps nécessaire pour que les sons atteignent les récepteurs, les scientifiques pourraient surveiller les changements de température des océans à l’échelle mondiale, car les sons se déplaceraient plus rapidement dans un océan en réchauffement.

Depuis son se propage mieux dans l’eau que de l’air, l’énergie nécessaire pour transmettre une onde sonore est plus élevé dans l’air que dans l’eau., L’énergie, ou intensité (volume) d’un son est mesurée sur l’échelle des décibels (dB). Il s’avère qu’il faut environ 61 fois plus d’énergie pour transmettre un son dans l’air que dans l’eau. En raison de cette différence d’énergie, il y a 61 dB de différence entre les sons transmis par l’air et l’eau, tels que l’intensité sonore de 120 dB dans l’eau serait équivalente à une intensité d’environ 60 dB dans l’air. Ceci doit être gardé à l’esprit lorsque vous essayez de comparer des sons dans l’océan avec des sons dans l’air. Un son de 130 dB dans l’air équivaut à peu près à se tenir à 100 m d’un moteur à réaction au décollage., Un son de 130 dB dans l’eau est équivalent à environ 70 dB dans l’air, qui est l’intensité du bruit d’un aspirateur. Il convient également de souligner que sur l’échelle dB, une augmentation de 10 dB signifie que le son est 10 fois plus fort. En d’autres termes, 20 dB est 10 x plus fort que 10 dB et 30 dB est 100 x plus fort que 10 dB.