20 décembre 2016

ÉQUIPEMENTS DE DÉTECTION D’OBJETS EN BATHYMÉTRIE

La bathymétrie est un domaine vaste qui intègre une multitude de technologies. Que l’on exécute une étude hydrologique sur l’écoulement d’une rivière, que l’on cartographie le fond d’une étendue d’eau en vue du passage d’un pipeline ou bien que l’on inspecte un canal de navigation afin de détecter des obstacles potentiels, plusieurs solutions sont applicables.

Parmi les équipements de détection d’objets ou obstacles fréquemment utilisés en bathymétrie, on retrouve l’échosondeur multifaisceaux (ESMF) et le sonar à balayage latéral (SBL). Quelles sont leurs applications propres, leurs forces et leurs faiblesses? Cet article a comme objectif de mettre en lumière certaines différences entre ces deux types d’instrument de bathymétrie dans un contexte de détection d’objets se trouvant sur le fond marin.

Commençons par certaines informations d’ordre général permettant de mieux comprendre leurs spécificités. Le fonctionnement de l’échosondeur multifaisceaux est basé sur la rétrodiffusion de la mesure de la réflectivité. Cela permet de produire des données bathymétriques de grande précision mais dont l’imagerie résultante est de moindre qualité que celle obtenue par le biais d’un sonar à balayage latéral. Ce dernier dont le fonctionnement est plutôt basé sur l’intensité de retour du signal, n’offre que des images cependant de meilleure résolution. Du point de vue de la configuration de l’instrument, le SBL est fréquemment utilisé en configuration de type  »poisson » qui est remorqué derrière un navire à la profondeur désirée. L’ESMF est quant à lui fixé directement sous la coque du navire. Abordons maintenant ces équipements individuellement pour ensuite commenter leur complémentarité.

 

Le sonar à balayage latéral (SBL)

Le remorquage du SBL derrière un navire permet une meilleure manœuvrabilité puisque la profondeur de l’instrument par rapport au fond marin peut être ainsi modifiée afin d’ajuster la largeur de bande d’acquisition. Cela permet donc à l’imagerie du SBL une meilleure constance en s’adaptant aux variations de pentes du fond. Comparativement, l’ESMF est fixe et ne peut que capter l’intensité de rétrodiffusion que lorsqu’elle atteint la coque du navire. Sa configuration en remorquage a pour effet de diminuer la précision du positionnement des images acquises. Se retrouvant derrière le navire, sa position doit être établie par des calculs trigonométriques basés sur la longueur du câble, sa profondeur par rapport au navire et la direction de ce dernier. Cette position ainsi déterminée doit alors être rattachée au système de positionnement du navire avec les incertitudes résultantes.

Lorsqu’utilisé dans un cadre d’un mandat de détection ou d’inspection, le SBL est un outil éprouvé, Il se distingue par les jeux d’ombres perceptibles qui sont dû à l’orientation du transducteur par rapport aux objets présents sur le fond marin. C’est cette caractéristique, d’aspect  »latéral » du SBL, qui permet une meilleure détection des objets ayant des hauteurs variées et des formes complexes.

 

L’échosondeur multi-faisceau (ESMF)

 L’ESMF est pour sa part un sondeur bathymétrique ayant en complément une fonction d’imagerie qui contrairement au SBL n’offre que des images. L’étendue de ses levés est généralement plus grande étant donné la capacité de pénétration et la largeur de levé pouvant aller jusqu’à plusieurs kilomètres. La précision du positionnement d’un MNT (modèle numérique de terrain) obtenu via cet instrument est grandement supérieure à celle d’un SBL étant donné sa position fixe relative au dispositif de positionnement du navire.

Par contre, lorsqu’employé à des fins de détection d’objets, la résolution ainsi que l’étendue d’acquisition utilisable de l’écho sondeur multifaisceaux sont limitées car la zone de détection efficace ne se retrouve alors que près du nadir du transducteur. De plus, plusieurs configurations doivent être prises en considération, à titre d’exemple, l’empreinte de détection au fond versus la dimension et la profondeur des objets ainsi que l’espacement des lignes de levé qui doit être limité à la largeur des bandes de détection utilisables. De plus, ce dispositif, comparativement au SBL, nécessite un post traitement afin de permettre la visualisation des données.

Les transducteurs des ESMF, étant fixés sous la coque des navires, éliminent ainsi toute capacité de projection d’ombre permettant une visualisation optimale des objets. Donc si un ESMF est utilisé à des fins de détection d’objet, il est nécessaire de se concentrer sur la bathymétrie résultante plutôt que sur les ombrages (qui seront inexistants).

 

Complémentarité du SBL et de l’ESMF

Les sondages de profondeur recueillis avec le ESMF sont supérieurs à ceux du SBL, mais ce dernier présente une meilleure capacité de détection d’obstacle en raison de son aspect latéral. Leurs utilisations simultanées permettent alors d’obtenir le meilleur des deux mondes. Une combinaison de ces deux instruments montés en configuration fixe sur la coque permet d’intégrer la précision en bathymétrie de l’ESMF avec la haute résolution des images du SBL. Cette combinaison est une solution très intéressante au niveau de la qualité et des faibles coûts pour des levés détaillés de ports, canaux, rivières et autres zones peu profondes. En effet, une seule mission de levé permettrait alors de déterminer l’état des lieux exact du fond sans avoir à consacrer beaucoup de temps à interpréter les résultats et ainsi diminuer les coûts du projet.

Profitant de la miniaturisation des composantes de ces technologies, ces deux équipements peuvent être utilisés sur des embarcations de dimensions réduites telles une chaloupe ou un bateau pneumatique. De plus, pour certaines applications, l’utilisation d’une plateforme sans pilote apporte de nombreux avantages tels qu’une mobilisation minimale d’effectifs, une diminution des risques pour les opérateurs et un accès à des zones contraignantes.

Pour tous vos besoins en bathymétrie, faites appel à l’équipe de Géolocation afin de déterminer la solution optimale pour surmonter les défis de vos projets.

 

z-boat-1800rpTeledyne Oceanscience Z-Boat 1800-MB2
ESMF bateau de levé hydrographique sans pilote

SOURCES :

– M. B. Brissette and J. E. Hughes Clarke, Side scan versus multibeam echosounder object detection : a comparative analysis,

– SEABED HABITAT, Multibeam backscatter vs. sidescan sonar imagery, https://seabedhabitats.org/2014/02/16/multibeam-backscatter-vs-sidescan-sonar-imagery/, novembre 2016

– LE SHOM, Les outils d’acquisitions : Sonar latéral, sondeurs multifaisceaux, http://www.shom.fr/les-activites/activites-scientifiques/sedimentologie/imagerie-acoustique/#, novembre 2016.

– F. Pohner, J. O. Bakke, K. E. Nilsen, T. Kjaer, Integrating imagery from hull mounted sidescan sonars with multibeam bathymetry, Kongsberg Maritime.

 

This post is also available in: Anglais