Mesurer la profondeur à l'aide d'échosondeurs et de sonars

Ligne de sonde

De 1 à 2 000 sondages par levé

Faisceau unique

De 500 000 à 750 000 sondages par levé

Multifaisceaux

De 4 000 000 à 100 000 000 sondages par levé

Avant la Seconde Guerre mondiale

Avant la Seconde Guerre mondiale, la ligne de sonde constituait la méthode principale pour mesurer la profondeur et déterminer le type de fond marin. La ligne de sonde est une corde lestée comportant des marques de profondeur sur sa longueur. On la descendait verticalement jusqu'au fond marin, et la marque de profondeur sur la corde à la surface de l'eau était consignée.

Afin de déterminer le type de fond marin, on enfonçait du suif dans l'extrémité creuse du poids de plomb. Lorsque la ligne de sonde était mise à l'eau, le matériel qui adhérait au suif fournissait un échantillon physique du fond marin.

Échosondeur

Un échosondeur envoie des impulsions sonores dans l'eau afin d'en mesurer la profondeur. La profondeur de l'eau est mesurée en enregistrant le temps qui s'écoule entre l'émission du son et la réception de l'écho, ainsi que la vitesse à laquelle le son traverse l'eau. À l'origine, l'échosondeur a été mis au point à des fins militaires. Cependant, son usage était largement répandu au milieu des années 1930 pour l'hydrographie au Canada.

Les premiers échosondeurs n'étaient pas très perfectionnés et n'offraient qu'une faible résolution (grande empreinte sonar). Une surveillance constante était nécessaire tout en n'offrant qu'un rendement moyen. L'évolution des circuits électroniques et du traitement de signaux numériques a mené à la conception des échosondeurs modernes à haute résolution, à haute précision et ayant une bonne stabilité de fréquence sur de longues durées. Les améliorations relatives au matériel et à la conception des transducteurs ont mené à des faisceaux étroits pouvant capter des petites cibles sur le fond marin.

Lorsque les échosondeurs ont remplacé les lignes de sonde, on a également arrêté l'échantillonnage du type de fond marin. Les hydrographes du SHC ont plutôt mis au point une méthode pour déterminer le type de fond marin qui fait appel à la rétrodiffusion acoustique.

Sonar à balayage latéral

Puisque l'échosondeur à faisceau unique est pointé à la verticale, il ne capte aucune information sur la profondeur ou les dangers entre les lignes de sondage. Le sonar à balayage latéral découle de l'idée d'incliner un échosondeur à faisceau élargi afin de produire une série chronologique de retour acoustique. Cette technologie se caractérise par l'étroitesse longitudinale du faisceau et la hauteur de la résolution latérale.

Les sonars à balayage latéral sont bien adaptés à la détection d'obstacles sur le fond marin, situés entre les lignes de sondage, mais ne permettent pas de situer ces cibles ou de mesurer la profondeur minimale avec précision. Ce manque d'exactitude résulte du fait que la technologie utilisée lors des mesures du sonar à balayage latéral suppose que le fond marin est plat. Heureusement, l'échosondeur à faisceau unique et le sonar à balayage latéral sont complémentaires.

Système de balayage

Une autre approche utilisée par le SHC est celle du système de balayage, qui consiste à déployer plusieurs échosondeurs à faisceau unique, espacés de façon égale, le long d'une ou de plusieurs bômes d'un navire. Le système de balayage offre une couverture totale du fond marin, du moins à certaines profondeurs, tout en acquérant des données sur la profondeur et sur la position de chaque sondage.

Le SHC utilise le CCGS F.C.G. Smith, qui possède des échosondeurs à faisceau unique placés le long de ses bômes en système de balayage.

Cette approche impose toutefois certaines contraintes. L'utilisation de grandes bômes est encombrante et limite la manœuvrabilité d'un navire. Bien que le système de balayage offre une bien plus grande aire de couverture que l'échosondeur à faisceau unique, il est tout de même limité par la largeur des bômes du navire.

Système par fauchée

Le système par fauchée est un ensemble de sonars pouvant effectuer de multiples sondages transversaux au moyen d'un même réseau de transducteurs – consistant habituellement en un réseau de transmetteurs et au moins un réseau de récepteurs. Un système par fauchées n'a pas les contraintes physiques d'un système de balayage et sa couverture en angle du fond marin est beaucoup plus efficace qu'un système de balayage lorsque la profondeur augmente.

Échosondeur multifaisceaux

Les échosondeurs multifaisceaux forment une classe parmi les systèmes par fauchée. Tout comme les échosondeurs à faisceau unique, ils transmettent une impulsion acoustique dans la colonne d'eau. Contrairement aux échosondeurs à faisceau unique, le faisceau de transmission (ou impulsion) est très large dans le sens transversal et très étroit dans le sens longitudinal. Les faisceaux de réception (il y en a plusieurs pour chaque impulsion) sont très étroits dans le sens transversal et un peu plus larges dans le sens longitudinal. La combinaison de ces deux configurations de faisceaux offre une grande couverture dans le sens latéral ainsi qu'une très grande résolution spatiale. Ce système comble toutes les lacunes de la combinaison d'échosondeurs à faisceau unique et de sonars à balayage latéral, ainsi que les contraintes des systèmes de balayage.

Sonar bathymétrique à vision latérale et mesure de phase

Ce type de sonar à balayage latéral, aussi connu sous le nom de sonar interférométrique à balayage latéral, capte une série d'amplitudes d'un réseau de transducteurs latéral de la même façon qu'un sonar à balayage latéral. Par contre, contrairement à un balayage latéral standard, plusieurs réseaux de récepteurs et un traitement perfectionné du signal permettent de déterminer l'angle d'arrivée du signal. Les sonars bathymétriques à vision latérale et mesure de phase ont l'avantage d'un angle de vision très large (environ 10 fois la profondeur, par rapport à environ quatre fois la profondeur pour la plupart des échosondeurs multifaisceaux). Ils offrent également une imagerie à rétrodiffusion acoustique de très haute résolution. Actuellement, leur principal désavantage est le haut niveau de bruit dans les données en comparaison avec les échosondeurs à faisceaux multiples. Tout comme le sonar à balayage latéral standard, ce type de mesure comporte toujours une zone morte située directement sous le sonar où aucune donnée n'est captée. Le SHC emploie le sonar bathymétrique à vision latérale et mesure de phase principalement pour les eaux littorales peu profondes, pour des applications telle la cartographie de l'habitat.

Rétrodiffusion acoustique

Les échosondeurs à faisceau unique, les échosondeurs multifaisceaux et les sonars à balayage latéral peuvent mesurer deux paramètres : la durée aller-retour de l'impulsion sonore lorsqu'elle est reflétée sur le fond marin et l'amplitude du signal retourné (rétrodiffusé). Ces paramètres sont illustrés par la noirceur d'une trace d'échosondeur. Les traces plus pâles indiquent que les impulsions sonores sont davantage absorbées par le fond marin. Les hydrographes ont développé cette idée davantage et associent une rétrodiffusion acoustique plus élevée (plus foncée) avec un fond marin plus dur et une rétrodiffusion acoustique moins élevée (plus pâle) avec un fond marin plus meuble.

Cette idée a mené à d'importantes initiatives de recherches du SHC relatives au classement acoustique du fond marin, qui consiste à déterminer le type de matériel du fond marin à l'aide de l'amplitude du signal acoustique rétrodiffusé. Habituellement, une classification basée sur la rétrodiffusion acoustique doit être mise à l'épreuve en prélevant des échantillons physiques du fond marin, par une méthode appelée échantillonnage par benne ou confirmation de l'état du fond marin.