Brevet FR2951297A1 — publié le 20110415

Procédé de surveillance, de prédiction et de réduction du niveau d'énergie acoustique d'une pluralité de sources en milieu liquide, et procédé de surveillance, de prédiction et de réduction du risque de nuisance sonore pour les espèces marines La présente invention se rapporte aux procédés de surveillance du niveau acoustique d'une pluralité de sources émettrices de bruit en milieu 10 liquide. Plus particulièrement, elle concerne un procédé de surveillance du niveau acoustique d'une pluralité de sources émettrices de bruit, tels que des navires, en milieu maritime. Il est connu de l'état de la technique des moyens permettant à un 15 instant donné de mesurer le niveau sonore en un point donné en milieu liquide. Ces moyens consistent en des transducteurs électroacoustiques, ou hydrophones, et de systèmes d'acquisition électronique, positionnés dans la mer, à partir desquels le bruit acoustique est évalué. Toutefois les hydrophones offrent une mesure directe, ponctuelle et 20 localisée à la position géographique de l'hydrophone. L'évaluation de la pollution sonore réalisée à partir des données mesurées par l'hydrophone offre donc une estimation locale peu précise qu'il est hasardeux d'extrapoler pour des espaces éloignés de ce dernier. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et à offrir une 25 surveillance du niveau sonore réel en tout point d'un espace déterminé au cours du temps. A cet effet l'invention propose un procédé caractérisé en ce qu'il comporte une étape de modélisation de la propagation acoustique de ladite source en temps réel, cette étape consistant à : obtenir, à partir d'une base de 30 données, de données relatives à la position instantanée de la source émettrice de bruit, Lire des données relatives au niveau sonore rayonné par ladite source, Lire des données relatives à un ou plusieurs paramètres caractérisant au moins une interface délimitant le milieu liquide correspondant à l'espace déterminé, calculer la vitesse du son dans l'eau à partir de données océanographiques de l'espace déterminé, calculer le niveau d'énergie acoustique rayonnée par l'au moins une source émettrice de bruit en tout point de l'espace et en temps réel, à partir des données précédemment réceptionnées, lues et calculées. Grâce à ces dispositions, le procédé permet d'obtenir une estimation d'un niveau sonore, en temps réel et en tout point d'un espace déterminé, avec une précision améliorée par rapport aux procédés de l'art antérieur. Selon d'autres caractéristiques : les informations relatives à la position de la source sont réceptionnées automatiquement depuis un système d'émission continue de messages contenant des informations caractéristiques des sources tels que l'AIS (Automated Identification System) ou LRIT (Long Range Identification Tracking) installé à bord de ladite source; les paramètres caractérisant au moins une interface du milieu liquide sont des données de bathymétrie et/ou des données géologiques de l'espace déterminé ; le procédé comporte en outre, préalablement à l'étape de calcul de l'énergie acoustique propagée, une étape de calcul de perte de la propagation du son à la surface du milieu liquide à partir de données météorologiques de l'espace concerné ; le procédé comporte les étapes suivantes : Mesure d'au moins un niveau d'énergie acoustique mesuré en temps réel en une position déterminée dans ledit espace, optimisation des niveaux d'énergie acoustique calculés à partir de l'au moins un niveau d'énergie acoustique mesuré, de sorte à réduire l'erreur entre le niveau d'énergie calculé selon l'une des revendications précédentes et le niveau d'énergie mesuré; le procédé consiste à : réaliser l'étape de modélisation de la propagation acoustique en temps réel, pour chacune des sources émettrices de bruit présentes dans l'espace déterminé, Calcul, pour l'espace déterminé, des niveaux d'énergie acoustique globale à partir de l'ensemble des modèles de propagation acoustique obtenus en temps réel pour chacune des sources. L'invention concerne aussi un procédé de prédiction du niveau d'énergie acoustique globale en milieu liquide, notamment en milieu maritime, comportant les étapes suivantes: une étape de réception automatique et de lecture d'informations instantanées relatives au cap et à la vitesse d'au moins une source émettrice de bruit, une étape de calcul, à partir des informations lues à l'étape précédente, d'une position future à un instant déterminé de l'au moins une source, une étape de mise en oeuvre du procédé de surveillance pour la position future calculée de ladite source émettrice, de sorte à obtenir une image prédictive des niveaux d'énergie acoustique globale. L'invention concerne aussi un procédé de réduction de la pollution sonore en milieu liquide, notamment en milieu maritime, consistant à mettre en oeuvre le procédé de prédiction de sorte à obtenir une image prédictive des niveaux d'énergie acoustique globale à un instant déterminé, calculer, pour au moins une source, l'énergie rayonnée pour une combinaison de positions fictives possibles et détermination de la position fictive pour laquelle l'énergie acoustique globale est minimisée à l'instant déterminée, transmission du cap et de la vitesse à maintenir à ladite source émettrice pour atteindre la position fictive déterminée à l'instant déterminé. L'invention concerne aussi un procédé de surveillance, de prédiction et 20 de réduction du risque de nuisance sonore pour les espèces marines qui sera décrit plus en détail dans la suite de la description. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints dans lesquels : 25 La figure 1 représente un diagramme d'un procédé de surveillance selon l'invention, La figure 2 illustre une carte de répartition du niveau maximum de l'énergie acoustique pour une zone déterminée et un instant donné, La figure 3 illustre, pour une zone identique et au même instant que 30 celle de la figure 2, les profondeurs des niveaux sonores les plus élevées ; La figure 4 illustre les différentes données prises en compte pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Les activités maritimes (trafic commercial, nautisme de loisir, sonar militaire, prospection sismique, etc...) sont génératrices de bruits par vibrations mécaniques qui se convertissent et rayonnent dans l'eau sous forme d'ondes sonores. II s'agit des bruits d'hélices et de leurs cavitations, des vibrations des moteurs, des bruits de perforation de plateforme, des sonars sismiques d'exploration pétrolière, des sonars militaires, des bruits d'avions etc... Les activités citées précédemment sont en pleine croissance et les ondes acoustiques se propagent plus vite et bien plus loin dans l'eau que dans l'air, sur des distances comprises entre quelques kilomètres jusqu'à des centaines de kilomètres en fonction des conditions océanographiques et des fréquences sonores. L'émission de bruit sous l'eau est considérée comme une pollution, au même titre que les pollutions d'hydrocarbures. Il est reconnu que la pollution sonore impacte directement la biodiversité marine, en particulier les mammifères marins et les tortues marines, espèces menacées d'extinction pour la plupart, mais aussi les poissons. Afin d'évaluer au mieux le niveau sonore dans les océans, et ainsi de pouvoir mieux le contrôler, et de pouvoir le diminuer, la présente invention propose un procédé de surveillance du niveau acoustique permettant de modéliser la propagation acoustique de chacune des sources émettrices de bruit situées dans un espace déterminé au cours du temps. Le résultat obtenu peut être représenté par une image en deux dimensions visible sur la figure 1 annexée. Ainsi la pollution sonore sous-marine, n'est plus mesurée localement de manière arbitraire selon la position du capteur, mais est déterminée directement pour chaque source, quelque soit sa position, ce qui offre un résultat plus fiable et permet de prendre en compte l'ensemble des sources émettrices de bruit, qui peuvent être en mouvement ou bien immobile pendant une durée déterminée. Le procédé de surveillance selon l'invention est mis en oeuvre par un système 10 illustré à la figure 1. La modélisation de la propagation acoustique en temps réel est obtenue de la manière suivante. Le système 10 permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention permet d'obtenir, à partir d'une base de données régulièrement mise à jour, des données relatives à la position instantanée d'au moins une source 14 émettrice de bruit. Selon un mode de réalisation particulier, le système comporte des moyens récepteurs 12 adaptés à recevoir automatiquement et à lire des données relatives à la position instantanée, c'est-à-dire la position en temps réel, d'au moins une source émettrice 14 de bruit située dans ledit espace. La position est définie par les coordonnées de latitude, de longitude et de profondeur de la source. Cette étape est mise en oeuvre notamment grâce au système de surveillance maritime basé sur l'installation AIS (Automated Identification System û système d'identification automatique) ou le LRIT (Long Range Identification Tracking û traçage d'identification à longue distance) mis en place à bord des navires. L'AIS et le LRIT sont des systèmes d'émission continue de messages radio contenant des informations caractéristiques des navires, en temps réel. Un réseau de stations réceptrices à terre ou de récepteurs satellites permettent de recueillir à chaque instant ces informations. Ainsi ces informations peuvent être retransmises à un ordinateur distant qui pourra les utiliser pour déterminer notamment la position de chaque navire équipés de l'AIS ou LRIT. L'AIS ou le LRIT permet de retransmettre des informations 114 datées et instantanées relatives notamment à la latitude, la longitude, la vitesse, le cap, la provenance, la destination, le type de navire et le niveau de chargement. Il est ainsi possible d'en extraire, en temps réel, la position exacte du navire 14 pour lequel on souhaite établir le rayonnement du bruit qu'il génère dans l'océan. De plus grâce aux informations portant sur la vitesse et le chargement et sur le type de navires 14, il est alors possible d'estimer, par l'intermédiaire de bases de données 16a préétablies, connues de l'homme de l'art, le niveau sonore émis par le navire. Ensuite, le procédé selon l'invention consiste à déterminer pour l'espace dans lequel se trouve ladite source 14, des données relatives à un ou plusieurs paramètres caractérisant au moins une interface du milieu liquide dans l'espace déterminé. Ces paramètres sont, par exemple, des informations de bathymétrie 116b de l'espace maritime concerné, de sorte à obtenir les informations relatives aux profondeurs marines dudit espace. Les informations de bathymétrie sont accessibles sur des bases de données 16b mondiales, telles que la base de données ETOPO de la « National Oceanic and Atmospheric Administration û NORA» . Ces paramètres sont aussi, notamment, des informations relatives à la nature des fonds sous-marin, à partir desquelles il est possible de déterminer des données géo-acoustiques 116c du fond marin, notamment la densité et l'absorption acoustique. Ces informations sont accessibles sur des bases de données mondiales 16c. Ces paramètres sont aussi notamment des informations océanographiques 118 relatives aux caractéristiques de l'eau dans un espace environnant un navire ou une source de bruit, telles que la température de l'eau et la salinité. Ces informations sont alors utilisées pour déterminer la vitesse du son dans l'eau. Ces informations sont basées sur des statistiques annuelles ou bien sont mesurées à intervalles réguliers par la réception automatique des données issues des systèmes de prédictions océanographiques et sont accessibles sur des bases de données 18 mondiales type « mercator ». Dans ce dernier cas le procédé prend en compte les dernières informations océanographiques disponibles, c'est-à-dire les dernières données mises à jour, concernant l'espace déterminé. Sont connus de l'homme du métier, les formules permettant de déterminer la vitesse du son dans l'eau en tout point d'un espace donnée, à partir des paramètres d'océanographie physique, tels que la température et la salinité. Le bruit produit par un navire se propage sur des distances très importantes, en fonction de la fréquence acoustique de l'onde sonore, dans les trois dimensions de l'espace, et peut se réfléchir sur le fond et la surface des océans, et est réfracté dans des « canaux » de propagation sous-marins en fonction des conditions océanographiques locales. C'est pourquoi l'énergie acoustique rayonnée depuis la position du navire, ou de la source émettrice de bruit en tout point de l'espace et à un instant t est alors calculée à partir des données citées ci-dessus. Ce calcul peut être réalisé à partir de simulateur de propagation 20 acoustique connus de l'homme de l'art, notamment Bellhop. Les résultats de la modélisation de la propagation acoustique en temps réel de chaque source peuvent être représentés sous la forme d'une image en trois dimensions représentant le niveau d'énergie acoustique propagé en chaque point de l'espace. II est alors possible d'en extraire une carte en deux dimensions 21 du niveau d'énergie acoustique propagé, telle que visible sur la figure 1. A partir des résultats calculés précédemment, il est possible de calculer et de suivre l'évolution spatiale et temporelle de la pollution sonore globale issue de l'accumulation collective des énergies sonores propagées par un grand nombre de navires sur de longues distances et de grandes profondeurs. A cet effet, les moyens de calcul permettant de calculer le niveau d'énergie acoustique propagée sont reliés à un moyen de combinaison permettant d'établir à partir de l'ensemble des énergies acoustiques calculées pour chacune des sources un niveau d'énergie acoustique globale pour chaque point de l'espace tridimensionnel étudié. Les niveaux d'énergie acoustique globale peuvent être représentés par une image en trois dimensions. Le résultat est obtenu sous la forme d'une image formant une représentation en trois dimensions, dans l'espace déterminé, du niveau d'énergie acoustique global pour chaque point de l'espace, chaque niveau d'énergie acoustique global étant associé à une couleur déterminé et chaque point de l'espace étant associé à des coordonnées de longitude, latitude et profondeur qui lui sont propres. II est alors possible d'en sortir, à partir de moyens connus de l'homme du métier, une carte en deux dimensions représentant par exemple les niveaux maximum d'énergie acoustique globale (en dB) pour chaque coordonnée définie par une latitude et une longitude, illustrée à la figure 2. La figure 3 illustre une autre possibilité de représentation des résultats obtenus à partir du procédé de surveillance selon l'invention. En particulier, la figure 3 représente pour une zone identique à celle de la figure 2, les différentes profondeurs des niveaux sonores les plus élevés. Ces résultats peuvent être corrélés avec la présence d'espèces marines aux profondeurs illustrés, comme cela sera décrit dans la suite de la description. Selon une variante de l'invention, le calcul de l'énergie acoustique prend en compte la réflexion de l'onde sonore sur la surface du milieu liquide. A cet effet il est réalisé, préalablement au calcul de l'énergie acoustique, une étape de calcul des pertes de propagation du son à la surface du milieu liquide à partir de données météorologiques 124 accessibles dans des bases de données 24, et basées sur des statistiques ou mesurées à intervalles réguliers. Grâce à ces dispositions, le calcul de l'énergie acoustique est affiné par rapport à l'état de la surface du milieu liquide. Si cette dernière est plane, la propagation du son sera meilleure que si cette dernière est rugueuse. Selon une autre variante de réalisation, le calcul des niveaux d'énergie acoustique 126 de chaque source prend en compte la réception d'au moins une mesure de l'énergie acoustique en temps réel en une position déterminée dans ledit espace par un transducteur électroacoustique ou tout autre système de mesure. Il est ainsi possible d'optimiser les niveaux d'énergie acoustique à partir du niveau d'énergie acoustique réel mesurée par un transducteur de sorte à réduire l'erreur entre le niveau d'énergie calculée et le niveau d'énergie mesurée. Ce calcul est réalisé par une méthode d'assimilation de données connue de l'homme du métier. Le procédé selon l'invention permet aussi de prédire le niveau sonore, et par conséquent la pollution sonore, dans le milieu maritime étudié. A cet effet le procédé comporte les étapes de réception et de lecture d'informations relatives au cap et à la vitesse d'au moins une source émettrice de bruit, de sorte à extrapoler la position future de ladite source à partir des informations reçues des systèmes de réception des données AIS. Puis le procédé consiste à calculer, à partir des informations reçues et lues à l'étape précédente, pour ladite source, une position future à un instant déterminé. Enfin le procédé consiste à mettre en oeuvre le calcul du niveau d'énergie acoustique rayonnant depuis chaque position future calculée de la source émettrice, et d'en déterminer des niveaux prédictifs d'énergie acoustique globale illustrée par une image en trois dimensions. Le procédé selon l'invention permet aussi de réduire la pollution sonore en milieu liquide à partir de l'image prédictive des niveaux acoustiques énoncés ci-dessus. A cet effet le procédé de réduction de la pollution sonore comporte les étapes de calcul pour au moins une source, de l'énergie rayonnée pour une combinaison de positions fictives possibles et une étape de détermination de la position fictive pour laquelle l'énergie acoustique globale est minimisée à l'instant déterminé. Puis le procédé consiste à transmettre le cap et la vitesse à maintenir, par des moyens de communication adaptés du type satellite, radio ou téléphone, à ladite source émettrice pour atteindre la position fictive déterminée à l'instant déterminé, de sorte à optimiser la position des navires dans un futur proche et de diminuer la pollution sonore. Selon un autre mode de réalisation, l'invention concerne un procédé de surveillance, de prédiction et de réduction du risque de nuisance sonore pour les espèces marines présentes dans l'espace déterminé. A cet effet pour chaque instant et pour chaque position géographique et pour chaque profondeur, le niveau d'énergie acoustique globale est représenté sur une échelle de valeur, par exemple entre 0 et 1. Cette valeur est alors multipliée par la probabilité de présence des espèces marines, ce qui permet de donner une mesure du risque de nuisance des activités maritimes sur les espèces marines considérées. On obtient ainsi une cartographie en trois dimensions des risques de nuisances en temps réel et pour tout point de l'océan. A partir du procédé de prédiction décrit précédemment, il est alors possible d'en déduire une prédiction du risque de nuisance sonore pour les espèces marines. A cet effet on obtient une image prédictive des niveaux d'énergie acoustique globale, puis on détermine pour chaque profondeur de l'espace déterminé d'une probabilité de présence des espèces marines, et calcule à partir des données précédemment obtenues, un risque de nuisance sonore prédictif pour chaque profondeur de l'espace déterminé, à instant déterminé. Enfin, à partir de l'image prédictive des risques de nuisance sonores prédictifs obtenue précédemment, il est possible de mettre en oeuvre un procédé de réduction du risque de nuisance sonore pour les espèces marines. A cet effet on calcule, pour au moins une source, le risque de nuisance sonore pour une combinaison de positions fictives possibles, puis on détermine la position fictive pour laquelle le risque de nuisance sonore est minimisé à l'instant déterminé, et on transmet le cap et la vitesse à maintenir à ladite source émettrice pour atteindre la position fictive déterminée à l'instant déterminé. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés ci-dessus qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.10 Revendications1. Procédé de surveillance du niveau acoustique d'une pluralité de sources (14) situées dans un espace déterminé, la pluralité de sources comprenant au moins une source émettrice de bruit, en milieu liquide, par exemple un navire, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de modélisation de la propagation acoustique de ladite source en temps réel, cette étape consistant à : - Obtenir, à partir d'une base de données, par l'intermédiaire de moyens récepteurs (12) des données (114) relatives à la position instantanée de la source émettrice de bruit, Lire dans des bases de données établies (16a) des données (116a) relatives au niveau sonore rayonné par ladite source, - Lire dans des bases de données établies (16b, 16c) des données (116b, 116c) relatives à un ou plusieurs paramètres caractérisant au moins une interface délimitant le milieu liquide correspondant à l'espace déterminé, - calculer la vitesse du son dans l'eau à partir de données océanographiques (118) accessibles sur des bases de données (18) de l'espace déterminé, - calculer à partir d'un calculateur (20) le niveau d'énergie acoustique rayonnée par l'au moins une source (14) émettrice de bruit en tout point de l'espace et en temps réel, à partir des données précédemment réceptionnées, lues et calculées transmises au calculateur (20). 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, dans lequel les données (114) relatives à la position de la source sont réceptionnées automatiquement par les moyens récepteurs (12) depuis un système d'émission continue de messages contenant des informations caractéristiques des sources tels que l'AIS ou LRIT installé à bord de 12ladite source. 3. Procédé de surveillance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les paramètres caractérisant au moins une interface du milieu liquide sont des données de bathymétrie (116b) et/ou des données géologiques (116c) de l'espace déterminé. 4. Procédé de surveillance selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre, préalablement à l'étape de calcul de l'énergie acoustique propagée, une étape de calcul de perte de la propagation du son à la surface du milieu liquide à partir de données météorologiques (124) de l'espace concerné. 5. Procédé de surveillance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte également les étapes suivantes : Mesure d'au moins un niveau d'énergie acoustique mesuré (126) en temps réel en une position déterminée dans ledit espace, - Optimisation des niveaux d'énergie acoustique calculés à partir de l'au moins un niveau d'énergie acoustique mesuré, de sorte à réduire l'erreur entre le niveau d'énergie calculé selon l'une des revendications précédentes et le niveau d'énergie mesuré. 6. Procédé de surveillance du niveau acoustique d'une pluralité de sources selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à : - Réaliser l'étape de modélisation de la propagation acoustique en temps réel, pour chacune des sources émettrices (14) de bruit présentes dans l'espace déterminée, - Calcul, pour l'espace déterminé, des niveaux d'énergie acoustique globale à partir de l'ensemble des modèles de propagation acoustique obtenus en temps réel pour chacune des sources. 7. Procédé de prédiction du niveau d'énergie acoustique globale en milieu liquide, notamment en milieu maritime, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - une étape de réception automatique et de lecture d'informations instantanées relatives au cap et à la vitesse d'au moins une source émettrice de bruit, - une étape de calcul, à partir des informations lues à l'étape précédente, d'une position future de ladite source à un instant déterminé, - une étape de mise en oeuvre du procédé de surveillance selon la revendication 6 pour la position future calculée de ladite source émettrice, de sorte à obtenir une image prédictive des niveaux d'énergie acoustique globale. 8. Procédé de réduction de la pollution sonore en milieu liquide, notamment en milieu maritime, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en oeuvre le procédé de prédiction selon la revendication précédente de sorte à obtenir une image prédictive des niveaux d'énergie acoustique globale à un instant déterminé, - calculer, pour au moins une source, l'énergie rayonnée pour une combinaison de positions fictives possibles et détermination de la position fictive pour laquelle l'énergie acoustique globale est minimisée à l'instant déterminée, - transmission du cap et de la vitesse à maintenir à l'au moins une source émettrice pour atteindre la position fictive déterminée à l'instant déterminé. 9. Procédé de surveillance du risque de nuisance sonore pour les espèces marines, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - mise en oeuvre du procédé de surveillance selon la revendication 6 pour l'ensemble des sources émettrices de bruit dans l'espace déterminé de sorte à obtenir une image desniveaux d'énergie acoustique globale, en temps réel, - détermination pour chaque profondeur de la zone déterminée d'une probabilité de présence des espèces marines, - calcul d'un risque de nuisance sonore pour chaque profondeur de la zone déterminée. 10. Procédé de prédiction du risque de nuisance sonore pour les espèces marines caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : Mise en oeuvre du procédé de prédiction selon la revendication 7 de sorte à obtenir une image prédictive des niveaux d'énergie acoustique globale, - détermination pour chaque profondeur de l'espace déterminé d'une probabilité de présence des espèces marines, - calcul d'un risque de nuisance sonore prédictif pour chaque profondeur de l'espace déterminé, à l'instant déterminé. 11. Procédé de réduction du risque de nuisance sonore pour les espèces marines, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Mise en oeuvre du procédé de prédiction selon la revendication 10 de sorte à obtenir une image prédictive des risques de nuisance sonores prédictifs pour chaque profondeur à un instant déterminé, - Calculer pour au moins une source le risque de nuisance sonore pour une combinaison de positions fictives possibles, - Détermination de la position fictive pour laquelle le risque de nuisance sonore est minimisée à l'instant déterminé, - transmission du cap et de la vitesse à maintenir à ladite source émettrice pour atteindre la position fictive déterminée à l'instant déterminé.