Brevet FR2913147A1 — publié le 20080829

SONAR MONTE SUR MAT DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine général de la protection par sonar de zones côtières et la surveillance de ports. Elle concerne plus particulièrement un moyen pour assurer, avec une plus grande efficacité, le déploiement et la mise en oeuvre de systèmes sonars, installés en position fixe immergée, de façon à réaliser une telle protection. CONTEXTE DE L'INVENTION - ART ANTERIEUR Dans la problématique de la surveillance côtière et/ou de la protection de ports, l'environnement sous-marin à surveiller correspond généralement à une eau peu profonde, cette profondeur pouvant cependant aller jusqu'à plusieurs dizaines de mètres. Or il est connu que la propagation des ondes sonores n'est pas rectiligne: leur trajet présente une courbure qui dépend notamment des variations de la vitesse du son avec la profondeur. En effet la mer n'étant pas un milieu homogène, mais plutôt un milieu pouvant présenter différentes couches superposées présentant des différences brusque de température, les ondes sonores subissent au niveau des interfaces séparant les différentes couches une modification de leur trajectoire, qui se traduit par une courbure celle-ci. L'intensité de la déviation des trajets des ondes sonores dépend outre de la vitesse du son dans le milieu de propagation, elle-même variant avec la profondeur, de sorte qu'un son émis par une source sonore parcourra un trajet différent en fonction de la profondeur à laquelle est située cette source. Cette variation est en outre différente en fonction des conditions climatiques et en particulier des saisons. Les performances de portée d'un sonar correspondent à la distance maximum à laquelle peut se trouver une cible pour que le sonar ayant émis une onde acoustique puisse détecter le signal réfléchi par cette cible. Pour déterminer ces performances, on utilise généralement des outils logiciels de prédiction de performances, paramétrés à l'aide de des données bathythermiques. La connaissance des relevés bathythermiques caractéristiques de la zone géographique permet de déterminer le gradient de température dans la colonne d'eau et par suite le gradient de vitesse de propagation du son. Ce gradient varie principalement en fonction de la position géographique de la mesure et des conditions climatiques, en particulier des saisons. Ces relevés permettent ainsi de déterminer, pour les lieux de mesure considérés, le profil de variation, suivant la profondeur, de la vitesse de propagation du son. Ils permettent également d'établir des courbes décrivant, pour une zone géographique donnée et en fonction de la profondeur, les trajets que peut suivre l'onde acoustique émise par une source localisée en un point de la zone. Par suite si l'on désire mettre en place un système de surveillance sonar couvrant une zone donnée des fonds marins, la connaissance des données bathythermiques permet de déterminer la position optimale du système. En ce qui concerne les installations permanentes, l'équipement est, dans la grande majorité des cas, fixé au fond de la mer, sur un support massif qui sert de lest. Une telle mise en oeuvre ne permet évidemment pas d'obtenir une portée maximum dans tous les cas géographiques/climatiques et pour les différents types de sonar (fréquence, antenne, ...). En outre, dans les cas de faibles fonds, qui sont ceux rencontrés en surveillance côtière, la réverbération, en particulier celle provenant du fond, est souvent prépondérante et limite la portée de détection du sonar. Cette dernière étant fortement liée à la position de l'émetteur dans la colonne d'eau, l'optimisation de la position de l'émetteur dans la colonne d'eau constitue un moyen efficace pour améliorer la portée de détection du sonar. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer une solution permettant de tirer un meilleur parti des données bathythermiques, lors de la mise en oeuvre de systèmes fixes de surveillance sonar, destinés à assurer une fonction de surveillance, dans le but de maximiser la portée du système en tenant compte de la propagation du son. Une solution avantageuse pour tirer profit des données bathymétriques, et donc des caractéristiques de propagation plus ou moins avantageuses que peut présenter le milieu d'immersion à une profondeur donnée, consiste à utiliser un sonar placé à une certaine distance du fond, c'est à dire placé entre deux eaux à une profondeur lui permettant d'offrir les meilleures caractéristiques de portée. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif de déploiement pour un système de surveillance sonar, comportant principalement: - une structure d'ancrage massive et pesante destinée à être immergée de manière permanente sur le fond - un mât conçu pour être monté sur la structure et agencé de façon à 15 adopter une position sensiblement verticale lorsqu'il est monté sur celle-ci, - une plateforme conçue pour être montée sur le sommet du mât et configurée pour recevoir un équipement sonar, - un flotteur agencé pour être fixé sur le mât, à proximité du sommet, dont la flottabilité est suffisante pour maintenir le mât en position verticale, 20 lorsque celui-ci est soumis à l'action de mouvements des masses d'eau dans lequel il est immergé, la longueur du mât étant déterminée de façon à positionner le sonar à une profondeur à laquelle il offre des performances de couverture et de portée maximales. 25 Selon une forme préférée de réalisation, le mât est un mât télescopique dont la longueur est réglable et comporte des moyens de réglage commandables à distance. 30 Selon une autre forme préférée de réalisation, pouvant être combinée à la forme précédente, le mât comporte des moyens pour s'arrimer de manière amovible à la structure d'ancrage. Selon cette forme de réalisation préférée le flotteur présente une flottabilité suffisante pour faire flotter l'ensemble constitué par le mât, la plateforme et le sonar lorsque le mât est désolidarisé de la structure d'ancrage. Selon cette forme de réalisation préférée, le système comporte des moyens permettant de remorquer le système désolidarisé de la structure d'ancrage vers un site choisi comportant une autre structure d'ancrage. Selon une forme de réalisation particulière, le flotteur est conçu pour 10 présenter une flottabilité variable. Le dispositif de déploiement selon l'invention présente pour avantage de rendre possible l'utilisation d'un système sonar ne présentant pas de compensation particulière de roulis et de tangage, mais également celle d'un 15 système sonar présentant ces fonctions. Un sonar destiné à être posé sur le fond peut donc être utilisé sans modifications. II présente également comme avantage de permettre de manière simple le déplacement du sonar d'un site à un autre. Il permet encore avantageusement de simplifier la maintenance de l'ensemble. L'invention a également pour objet un système de surveillance comportant 25 un émetteur récepteur sonar local et un système déporté de traitement et de gestion, comportant: - un dispositif de déploiement selon l'invention - un émetteur récepteur sonar installé sur la plateforme du dispositif d'installation, 30 - des moyens de liaison permettant de relier l'émetteur récepteur sonar au reste du système de surveillance et fournir l'énergie électrique nécessaire à l'ensemble et les ordres de commande destinés au mât du dispositif. 20 Un tel système présente quant à lui pour avantage d'assurer une surveillance de longue durée (protection de port ou de côtes) qui reste efficace au cours du temps, alors que les variations bathymétriques en fonction des saisons ont un impact significatif sur la performance de détection des sonars En outre, en permettant de disposer les têtes sonar de façon à en maximiser la portée, c'est à dire entre 2 eaux et au large de la côte, l'invention présente également un intérêt en terme de couverture globale de zone. En effet, afin de couvrir une zone donnée, la mise en oeuvre de l'invention permet de minimiser le nombre de têtes sonar en utilisant une couverture omnidirectionnelle en azimut (cf. l'exemple illustré par les figures 4 et 5). DESCRIPTION DES FIGURES Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui expose l'invention au travers d'un mode de réalisation particulier pris comme exemple non limitatif et qui s'appuie sur les figures annexées, figures qui représentent: - la figure 1, le schéma de principe de la structure du dispositif selon l'invention, - la figure 2, le schéma de principe de la structure d'un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, - la figure 3, l'illustration d'une phase du déploiement d'un système de surveillance comportant le dispositif selon l'invention dans son mode préféré 25 de réalisation, - les figures 4 et 5, des illustrations relatives à une application avantageuse de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE 30 Dans sa forme générique, le dispositif selon l'invention comporte, comme l'illustre la figure 1, les éléments suivants: une structure d'ancrage 11, - un mât support 12, 35 une plateforme 13, un flotteur 14 des moyens de liaison 15. La structure d'ancrage 11 a pour caractéristique principale d'être un élément massif capable de se maintenir au fond malgré d'éventuels mouvements des masses d'eau. Elle est également apte à maintenir immergés l'ensemble des éléments du dispositif. A ce titre, cette structure peut avoir une forme et une constitution variable selon les cas. Elle peut ainsi, comme illustré par la figure 1, prendre la forme d'un bloc de béton, ou de tout autre matériau dense, posé ou ancré sur le fond. Elle peut également pour certaines applications particulières prendre la forme d'une structure métallique plantée au fond. Dans le cas d'un système de surveillance permanent la structure support est généralement installée de manière inamovible. Le mât support 12 a quant à lui pour fonction de permettre le positionnement de la plateforme 13 à une profondeur d donnée. Sa longueur h est donc déterminée en conséquence. Il est fixé à la structure d'ancrage de façon sensiblement verticale. De structure rigide, il est conçu et réalisé, de manière connue, pour présenter une résistance adaptée aux contraintes de flexion qui peuvent lui être imposée, par le mouvement des masses d'eau dans lesquelles il est immergé. Son hydrodynamique et de ses masses sont déterminées afin de maintenir une position verticale avec une amplitude de tangage et de roulis acceptable pour l'équipement sonar en terme de contraintes mécaniques, ainsi qu'en terme de dégradation des performances de distance de détection du sonar, dégradation due au tangage et au roulis de l'antenne située au sommet du mât. II peut par exemple être constitué par un pylône de forme cylindrique réalisé en matériau composite ou en métal. En outre le mât peut être conçu de façon à limiter ses vibrations propres dues aux courants, en étant par exemple équipé d'un carénage. La plateforme 13 à pour fonction d'héberger la tête sonar 16 constituée principalement de l'antenne, ainsi que, selon l'équipement sonar considéré, de tout ou partie de l'électronique de l'émetteur-récepteur sonar du système. La tête sonar est fixée sur la plateforme, de préférence de 6 manière amovible, par des moyens appropriés, non décrits ici. La plateforme 13 est montée de manière fixe au sommet du mât 12. Selon l'invention, la longueur h du mât support 12 est déterminée à partir des données bathythermiques pour que la tête sonar 16 placée sur la plateforme 13 soit immergée à une profondeur d telle que la tête sonar présente des performances maximales en termes de portée de détection. Le flotteur 14, quant à lui a pour rôle de limiter le plus largement possible les mouvements de la plateforme, mouvements principalement consécutifs aux mouvements des masses d'eau tels que des mouvements de houle ou encore des courants. A cet effet, la taille (le volume et le poids) et le matériau constituant le flotteur sont déterminés de manière connue en fonction plus mauvaises conditions climatiques qui peuvent être rencontrées sur le site. Sa flottabilité est notamment déterminée de façons à ce la force qui tend à le faire remonter à la surface s'oppose avantageusement à tout mouvement de flexion du mât tout en n'exerçant pas une force excessive sur les moyens de fixation qui assure la fixation du mât 12 à la structure d'ancrage. Typiquement, la flottabilité du flotteur 14 est calculée de façon à ce que l'angle a pris par le mât, sous l'action des contraintes extérieures imposées par le mouvement des masses d'eau, ne puisse excéder quelques degrés, par rapport à la verticale, cette limite étant variable selon le type de sonar utilisé (taille d'antenne, fréquence, ...). De la sorte, une compensation des mouvements de la plateforme n'est pas indispensable pour traiter les données sonar. Le mât 12 est fixé à la structure d'ancrage de façon à limiter les variations d'orientation de la tête sonar, de sorte que, aucune correction n'est impérativement requise. Néanmoins, Il est à noter que, le mât étant libre dans ses mouvements de tangage et de roulis, l'utilisation de senseurs de position peut améliorer les performances globales du système. Elle permet d'évaluer en temps réel l'impact des variations du positionnement de la tête sonar sur ses performances de détection et éventuellement de corriger cet impact. La transmission des informations sonar depuis la tête sonar placée sur la plateforme 13 vers les organes déportés de traitement et de gestion, situés à terre par exemple, ainsi que celle des ordres de fonctionnement envoyés depuis ces mêmes organes de gestion vers la tête sonar, est assurée par les moyens de liaison 15. Ces moyens, de nature variée, peuvent par exemple consister en un câble de liaison électrique, ou encore en un câble optique. Selon les applications ces moyens de liaisons peuvent également être utilisés pour fournir une alimentation électrique à la tête sonar 16 ainsi qu'à l'ensemble du dispositif. Un câble assure alors les liaisons de données bidirectionnelles et l'alimentation électrique depuis le rivage. Le dispositif ainsi décrit permet avantageusement de positionner la tête sonar à une profondeur choisie, tout en lui assurant une position suffisamment stable pour qu'aucune compensation particulière des informations sonar ne soit nécessaire du fait des mouvements des masses d'eau. Dans la description qui précède, le dispositif selon l'invention est pourvu d'une plateforme permettant d'installer la tête sonar. Cependant dans une forme particulière de réalisation, la tête de sonar peut être installée au sommet du mât, directement au-dessus du flotteur 14 ou encore si ce dernier est conçu pour comporter un logement interne, à l'intérieur de ce flotteur. Le dispositif selon l'invention, tel que décrit précédemment constitue une solution de déploiement avantageuse par rapport à celle consistant à poser la tête sonar directement su le fond. Cette solution permet avantageusement de positionner la tête sonar à une profondeur permettant dans une certaine mesure d'optimiser la portée du sonar, la compensation des mouvements du mât par le flotteur 14 permettant en outre d'utiliser une tête sonar identique, sans système particulier de compensation de mouvement. Cette solution peut cependant être perfectionnée pour obtenir la forme de réalisation préférée décrite dans la suite du document.35 Cette forme de réalisation préférée, diffère de la structure générique illustrée par la figure 1, en ce que le dispositif présente, comme l'illustre la figure 2, les caractéristiques suivantes: a) Le mât support est un mât télescopique 21 comportant des moyens pour faire varier sa longueur. b) Sa fixation à la structure d'ancrage 11 est une fixation amovible. Dans cette forme de réalisation préférée le mât support est constitué par une structure tubulaire télescopique 21. Cette structure est mise en mouvement par des moyens permettant d'en commander l'élongation ou la contraction. Ces moyens non représentés sur la figure peuvent, de manière connue, être mécaniques, hydrauliques ou encore électriques. Ils peuvent en outre être actionnés de manière télécommandée depuis le rivage. A cet effet le câble de liaison 15 est conçu pour transmettre les commandes correspondantes d'allongement ou de rétraction. Sa configuration est en outre adaptée pour prendre en compte ces variations. On dispose ainsi d'un mât 21 de longueur h variable permettant de positionner la tête sonar 16, fixée à son sommet, à une profondeur d pouvant varier sur commande, en fonction par exemple des conditions climatiques ou météorologiques. Ainsi par exemple, les conditions bathythermiques étant variables au cours du temps, en particulier suivant les saisons, il est avantageusement possible avec cette forme préférée du dispositif selon l'invention, de positionner la tête sonar à une profondeur qui permet au moment considéré d'obtenir la portée maximale. En outre et indépendamment de toute condition bathythermique, la mis en oeuvre d'un mât télescopique 21 permet également de positionner de manière arbitraire la tête sonar 16 à une profondeur donnée. Cette possibilité peut par exemple trouver avantageusement son utilité lorsque le positionnement de la tête sonar en deçà ou au delà d'une profondeur donnée s'avère par exemple impossible (ou au contraire nécessaire) du fait de la présence d'obstacles naturels temporaires (bancs de poissons, d'algues, etc..). Dans cette forme de réalisation préférée, le mât support télescopique 21 a pour caractéristique d'être fixé sur la structure d'ancrage de manière amovible, par des moyens de fixations 22, un ensemble cardan et manilles par exemple, permettant au mât de passer d'un état verrouillé dans lequel il est fixé à la structure d'ancrage 11, à un état déverrouillé où il est entièrement séparé de la structure d'ancrage 11. Dans une variante de réalisation, ces moyens de verrouillage 22 sont avantageusement téléopérables de sorte que la séparation du mât support 21 de la structure d'ancrage 11 peut être réalisée sans l'intervention de plongeurs sur le fond. Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque la structure d'ancrage 11 est située à une profondeur peu favorable aux interventions humaines (typiquement à partir de 30m), ce qui est assez souvent le cas. Outre le fait qu'elle permet de positionner la tête sonar à la profondeur 20 désirée, cette forme préférée de réalisation présente de grands avantages en termes de maintenance et d'exploitation. En ce qui concerne la maintenance, et en particulier la maintenance de la tête sonar, les opérations relatives à cette tâche peuvent 25 avantageusement être simplifiées en commandant un allongement maximal du mât télescopique 21. De la sorte, la profondeur d à laquelle se trouve la plateforme 13 supportant la tête sonar 16 se trouve diminuée, ce qui facilite par exemple l'intervention de plongeurs chargés du démontage et éventuellement du remplacement de la tête sonar. Dans certain cas 30 particulier, avec un mât 21 pouvant être allongé jusqu'à une longueur appropriée il est même envisageable de faire émerger la plateforme 13 et de rendre possible une intervention en surface. En ce qui concerne l'exploitation, cette forme préférée de mise en 35 oeuvre du dispositif selon l'invention permet de faciliter le déploiement du système de surveillance sonar dont le dispositif fait partie. En effet, le fait que le mât support 12 et les éléments qui s'y rattachent (plateforme, flotteur et tête sonar) puissent être désolidarisés de la structure d'ancrage 11, permet d'envisager un déploiement variable autour de la zone à surveiller. Pour ce faire, il suffit par exemple de positionner des structures d'ancrage 11 en différant endroits choisis, puis de positionner la tête sonar fixée sur son mât support à la verticale de la structure d'ancrage choisie à un instant donné, puis enfin d'immerger le mât et de le verrouiller à la structure d'ancrage considérée. Ensuite, pour réaliser un positionnement différent, il suffit, comme l'illustre la figure 3, de désolidariser le mât 21 de la structure d'ancrage 11 considérée et de laisser remonter le mât en surface sur l'action du flotteur 14, puis de transporter ce mât jusqu'à la verticale du point où se situe la structure d'ancrage correspondant au nouveau positionnement du système de surveillance. Grâce au flotteur 14 qui assure la flottaison de l'ensemble, le mât 21 et les éléments qui y sont attachés peuvent être acheminés d'un point à un autre à l'aide d'une ligne de remorquage 31 amarrée à un moyen d'amarrage approprié 32 intégré au dispositif. Ce moyen d'amarrage est par exemple fixé sur la plateforme 13. Pour faciliter les opérations d'immersion et d'émersion du mât, le flotteur du dispositif selon l'invention peut par ailleurs avantageusement consister en une structure à flottabilité variable, comportant par exemple des ballasts. De la sorte, la flottabilité du flotteur 14 peut être abaissée pour faciliter l'immersion du mât en vue de son arrimage, après quoi elle peut être ramenée à sa valeur nominale, valeur suffisante pour assurer la rectilinéarité et verticalité du mât 21 en phase opérationnelle et la flottaison de l'ensemble en phase de transfert d'un point à un autre. Quelle que soit la forme de réalisation mise en oeuvre, le dispositif selon l'invention offre des possibilités particulièrement avantageuses en terme de déploiement de systèmes de surveillance. Les figures 4 et 5 illustrent l'avantage que présente l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour réaliser par exemple un système sonar de surveillance côtière. La figure 4 illustre comment on est généralement amené à déployer un système de détection sonar classique à l'intérieur d'une baie ou d'une rade. Classiquement le système de détection comporte plusieurs sonars immergés sur le fond marin. Chaque sonar 42 couvre une zone de l'espace sous-marin matérialisée par un arc de cercle 44 plus ou moins complet en fonction du relief sous-marin qui l'environne. Dans la mesure la profondeur croit généralement de la côte vers le centre de la baie on est ici contraint, les sonars étant placés sur le fond, à disposer plusieurs sonar à proximité de la côte 41, sonars dont le nombre doit être suffisant pour qu'ensemble ces sonars puissent couvrir la totalité de la baie. On obtient donc une infrastructure relativement coûteuse et complexe à commander. Le centre de commande 43, généralement placé à terre, communique ainsi avec les différents équipements 42 au moyen d'un réseau de liaisons 45 d'autant plus important que le nombre d'équipements sonar nécessaires est plus important. La figure 5 quant à elle, montre comment avec le dispositif selon l'invention il est avantageusement possible de réduire le nombre d'équipements sonar nécessaires pour effectuer la même tâche de surveillance. Comme l'illustre la figure 5, avec un équipement sonar 51 selon l'invention, la tête sonar peut être immergée entre la surface et le fond, à une profondeur qui permet à la fois de ne pas être gêné par le relief et de tirer le meilleur parti des conditions bathythermiques et d'obtenir une portée maximale matérialisée par le cercle 52 sur la figure. Dans la configuration optimale illustrée par la figure 5, on peut ainsi couvrir la zone à surveiller avec un seul équipement sonar 51 placé non plus sur le fond le long de la côte 41, mais à l'endroit de la baie et à la profondeur les plus propices pour obtenir une portée maximale. Avantageusement par rapport à une solution mettant en oeuvre des équipements classiques, connus de l'art antérieur, on réduit ainsi du même coup le nombre d'équipements déployés (et donc les opérations de maintenance) et la quantité de liaisons 45 nécessaires pour relier les éléments déployés au Centre à terre 43. On obtient finalement une structure plus simple, plus fiable et plus économique. Dans les paragraphes précédents, le dispositif de déploiement selon l'invention est décrit dans le contexte de la mise en oeuvre avec une tête sonar. Il est bien évident qu'un tel contexte de mise en oeuvre n'est ni exhaustif, ni limitatif. Le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre dans tout autre domaine voisin où il est nécessaire ou du moins avantageux de maintenir un équipement immergé à une profondeur donnée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déploiement, pour un système de surveillance sonar, comportant principalement: - une structure d'ancrage (11) massive et pesante destinée à être immergée de manière permanente sur le fond - un mât support (12) conçu pour être monté sur la structure (11) et agencé de façon à adopter une position sensiblement verticale lorsqu'il est monté sur celle-ci, - une plateforme (13) conçue pour être montée sur le sommet du mât (12) et configurée pour recevoir une tête sonar(16), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un flotteur (14) agencé pour être fixé sur le mât, à proximité du sommet, dont la flottabilité est suffisante pour maintenir le mât (12) en position verticale, lorsque celui-ci est soumis à l'action de mouvements des masses d'eau dans lequel il est immergé, la longueur du mât (12) étant déterminée de façon à positionner la tête sonar (16) à une profondeur définie. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le mât support (12) comporte un carénage destiné à en limiter les vibrations. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le mât support est un mât télescopique (21) dont la longueur h est réglable et comporte des moyens de réglage commandables à distance. 25 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le mât support (21) comporte des moyens (22) pour s'arrimer de manière amovible à la structure d'ancrage (11). 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le flotteur (14) 30 présente une flottabilité suffisante pour faire flotter l'ensemble constitué par le mât support (21), la plateforme (13) et sonar (16) lorsque le mât (21) est désolidarisé de la structure d'ancrage (11).20 6. Dispositif selon la revendication 5 comportant en outre des moyens (32) permettant lorsque le mât (12) est désolidarisé de la structure d'ancrage (11) de remorquer l'ensemble constitué par le mât support (12), la plateforme(13) et la tête sonar (16) vers un site choisi comportant une autre structure d'ancrage. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le flotteur (14) est conçu pour présenter une flottabilité variable. 8. Système de surveillance sonar caractérisé en ce qu'il comporte: - un dispositif de déploiement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 15 - une tête sonar (16) montée sur le dispositif de déploiement, - un système de traitement et de gestion déporté, le dispositif de déploiement comportant des moyens de liaison (15) 20 permettant de relier la tête sonar au reste du système de surveillance, de fournir l'énergie électrique nécessaire à l'ensemble et d'envoyer les ordres de commande destinés au mât (12, 21) du dispositif.