Le but de cette étude est de comprendre les variations de réflectivité acoustiques obtenues sur une même zone à partir de trois outils géophysiques différents (par leur fréquence de travail).<br />Après une validation du modèle de Eckart en laboratoire, qui prédit l'effet de la rugosité de l'interface sur le champ acoustique réfléchi via le paramètre de Rayleigh (mesure du rapport de la rugosité à la fréquence incidente), une nouvelle méthode de compression d'impulsion des données du sondeur de sédiments est proposée pour accéder à la dépendance fréquentielle du champ cohérent réfléchi, et ainsi à une estimation de l'écart-type de la rugosité de l'interface. Ce traitement conduit de plus à la détection de couche mince. Cette approche est par la suite appliquée sur un jeu de données de géophysique marine et les différentes réflectivités mesurées dans trois bandes de fréquence distinctes (102 H, 103 Hz, 104 Hz), peuvent être confrontées. La prise en compte du facteur de rugosité à l'échelle du sondeur de sédiment, associée à une méthode de déconvolution permet d'expliquer en partie, les différences entre les cartes de réflectivité obtenues à l'aide d'outils géotechniques différents.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. [103]-106. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’onde acoustique est utilisée par de nombreux systèmes et organismes marins pour communiquer, naviguer ou inférer de l’information sur l’environnement. Le développement des activités humaines liées au monde de la mer induit une augmentation du nombre de sources acoustiques en activité simultanée dans l’océan. L’environnement acoustique sous-marin (ASM) est donc partagé par de nombreuses sources hétérogènes (sonars, modems, mammifères marins, ...) entrant involontairement en compétition pour l’utilisation d’une ressource offerte par le canal de transmission. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer des solutions permettant aux systèmes de communications ASM d’adapter leurs paramètres de transmission de manière intelligente, autonome et décentralisée selon l’environnement acoustique dans lequel ils évoluent. A plusieurs égards, les problématiques de ce sujet de thèse sont proches de celles ayant motivé le développement des recherches sur la radio cognitive. Cependant, les spécificités du milieu acoustique, les sources d’interférencesde diverses natures, et l’absence de standards de communications posent de nouvelles difficultés. / Underwater acoustic waves are used by many systems and biologic organisms to communicate, navigate or infer information about the environment. Future developments of human maritime activities imply an increase of the number of active acoustic sources in the oceans. The underwater environment is therefore shared by many heterogeneous sources (sonars, modems, marine mammals, ...) competing involuntarily for using the physical resources offered by the communication channel.The goal of this thesis is to provide solutions allowing autonomous and decentralized adaptation of the transmission strategies of underwater acoustic communication systems, according to the environment. To some extent, this work deals with topics that are closely related to what has motivated the first researches on cognitive radio systems. However, the specific properties of the underwater environment, the heterogeneity of interfering acoustic sources, and the absence of communication standards rise new difficulties.

Le sujet de cette ihèse s'inscrit dans le cadre du projet international Antares dont l'objectif est la construction d'un télescope à neutrînos situé dans un environnement marin au large de Toulon, A de fortes profondeurs, un neutrino a d'autant plus de chance de rentrer en collision avec une molécule d'eau, générant ainsi une réaction en chaîne générant un flash lumineux et une onde sonore. L'objectif de cette thèse est d'étudier cette onde sonore en vue de développer un système capable de détecter le front d'onde correspondant et d'estimer la direction originelle du neutrino. Dans un premier temps, l'étude se porte sur le signal acoustique. Deux descriptions issues de la littérature et de récents travaux effectués au CPPM sont confrontées et aboutissent à une modélisation mathématique du signal et du front d'onde.<br />Dans un second temps, plusieurs méthodes de détection sont étudiées, de la plus classique (étude du rapport de vraisemblance} à des méthodes plus récente (filtrage adapté, classification, etc.). La comparaison expérimentale en situation semi-réelle de celles-ci aboutit au choix de la méthode de détection suivante : le FASE (Filtrage Adapté Stochastique Etendu). Enfin, la position et la direction du neutrino sont estimés par un algorithme dérivé de Gauss-Newton, Cet estimateur se base sur la modélisation du déplacement du front d'onde acoustique et sur les informations temporelles de détection fournies par les hydrophones du télescope. De nombreuses configurations sont testées et les performances du système sont évaluées. Une structure d'hydrophone est proposée et une simulation dite « globale » finalisent cette thèse. Dans celle-ci, les étapes de détection et d'estimation sont basées sur les résultats obtenus précédemment. Les bruits de mer sont des bruits réels issus de campagnes de mesure et les résultats obtenus valident les travaux de cette thèse.

Le Retournement Temporel est une technique multi-éléments permettant de focaliser une onde dans un milieu inconnu hétérogène en utilisant la propriété d'invariance par retournement temporel de l'équation des ondes. La formulation matricielle du Retournement Temporel a donné lieu à une technique de détection multi-cibles, la méthode DORT (pour Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel). Cette thèse traite de l'application de la méthode DORT en acoustique sous-marine. Afin d'émettre les vecteurs propres issus de la méthode DORT, nous proposons une nouvelle méthode de reconstruction des vecteurs propres temporels baptisée SVP pour Synchronisation des Vecteurs Propres. Cette méthode est basée sur une repropagation numérique en espace libre des vecteurs propres monochromatiques nécessitant peu d'information sur le milieu. L'acquisition instantanée de la matrice de transfert K à l'aide de codes orthogonaux est aussi étudiée. Nous montrons que la méthode DORT permet d'extraire sans aucune connaissance préalable la signature fréquentielle d'une cible placée dans un guide d'onde et ce malgré les chemins multiples brouillant celle-ci. En effet, la première valeur singulière de la matrice K est proportionnelle à la réponse fréquentielle monostatique de la cible. De plus, nous montrons que les autres valeurs singulières donnent accès à des informations supplémentaires sur le diagramme de rayonnement. Par la suite, nous considérons un problème spécifique aux acquisitions DORT en mer. En effet, le milieu marin étant en constante fluctuation, le principe fondateur des méthodes de Retournement Temporel qui est la stationnarité est souvent mis en défaut. Nous montrons ainsi que la méthode DORT est utilisable en milieu non stationnaire, dans le cas où la cible est animée d'un mouvement vertical parallèle au réseau ou d'un guide d'onde présentant des vagues à sa surface. L'étude des vecteurs propres permet alors de remonter au déplacement de cette cible ou à l'état de surface au niveau de la cible et du réseau.

Nous étudions la possibilité de détecter des neutrinos de ultra haute énergie (UHE, 10^18+ eV) en utilisant des méthodes d'acoustique sous-marine. Cette étude s'appuie sur des mesures expérimentales et, lorsque ces dernieres font défaut, sur des simulations numériques. L'eau de mer est utilisée comme cible pour des neutrinos d'origine cosmique. L'interaction faible d'une neutrino de haute énergie avec une molécule d'eau conduit à une cascade de particules secondaires résultant en l'émission d'une impulsion ultra-sonore par un mécanisme de conversion thermo-acoustique. Ce mécanisme est peu efficace néanmoins le signal généré possède de bonnes propriétés de propagation. Le bruit ambiant marin, ainsi que le bruit propre des céramiques transductrices utilisées pour la détection, restreint la méthodes aux UHE. Par ailleurs la forte directivité du signal implique que les méthodes de localisation, par détection en coincidence sur des détecteurs multiples, sont peu efficaces. Aux energies extrèmes (10^20+ eV) et pour un détecteur unique nous estimons la limite de sensibilité de cette méthode acoustique de l'ordre de E^2*phi=10^6 GeV*cm^-2*sr^-1*s^-1, pour un flux astrophysique phi en 1/E^2.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mathématiques : Mécanique. Acoustique : Toulon : 2007. / Titre provenant du cadre-titre. Références bibliographiques f.111-123.

Thèse doctorat : Physique des Particules : Strasbourg 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 6 p.

Le milieu océanique est sujet à de nombreuses sources de fluctuations. Les plus importantes sont les ondes internes, très fréquentes et entrainant des fluctuations de la distribution spatiale du champ de célérité du son. En raison de la longue période de ces phénomènes comparée au temps de propagation des ondes acoustiques pour des applications sonar, le processus peut être considéré figé dans le temps pour chaque réalisation stochastique du milieu. Le développement de bancs d’essais permettant de reproduire les effets de la turbulence atmosphérique a permis des avancées considérables dans le domaine de l’optique adaptative. Nous voyons donc un fort intérêt dans la possibilité de reproduire les effets des ondes internes sur la propagation du son en environnement contrôlé. Un protocole expérimental dans une cuve d’eau est proposé: une onde ultrasonore est transmise à travers une lentille acoustique aléatoirement rugueuse, ce qui produit des distorsions du front d’onde reçu. Les fluctuations des signaux reçus sont contrôlées en modifiant les paramètres statistiques de rugosité de la lentille. Ces paramètres sont reliés à l’analyse dimensionnelle permettant de classifier les configurations étudiées selon des régimes de fluctuations et de prédire les moments statistiques du champ acoustique jusqu’à l’ordre quatre. Une excellente correspondance est observée entre notre protocole expérimental et des résultats théoriques et numériques.La dégradation des performances des techniques de détection classiques appliquées à nos données expérimentales souligne le besoin de techniques correctives. Un état de l’art des techniques existantes dans divers domaines est proposé. / The ocean medium is subject to many sources of fluctuations. The most critical ones were found to be internal waves, occurring frequently and inducing fluctuations of the spatial distribution of the sound speed field. Because of the fairly long period of this phenomenon as compared to the propagation time of acoustic waves for sonar applications, the process can be considered frozen in time for each stochastic realization of the medium. The development of testbenches allowing to reproduce the effect of atmospheric turbulence on optic waves propagation under laboratory conditions lead to considerable advancements in the field of adaptive optics. We therefore see a vivid interest in being able to reproduce the effects of internal waves on sound propagation in controlled environments. An experimental protocol in a water tank is proposed: an ultrasonic wave is transmitted through a randomly rough acoustic lens, producing distortions of the received wavefront. The induced signal fluctuations are controlled by tuning the statistical parameters of the roughness of the lens. Especially, they are linked to dimensional parameters allowing to classify the configurations into regimes of fluctuations and to predict the statistical moment of the acoustic pressure up to the fourth order. A remarkable relevance of our experimental scheme is found when compared to theoretical and simulation results. The degradation of classical signal processing techniques when applied to our acquired data highlights the need for corrective detection techniques. A review of the existing techniques in other domains is proposed.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / La mer de Beaufort canadienne subit la double pression des changements climatiques et de l’accroissement des activités industrielles. Malgré l’importance de l’écosystème marin de la région pour les communautés locales, certaines de ses composantes demeurent peu documentées, en particulier la distribution et l’abondance des poissons pélagiques et des mammifères marins. Cette thèse repose sur des bases de données hydroacoustiques, de filets et de chaluts recueillies de 2006 à 2014 afin d’améliorer nos connaissances de la signature bioacoustique des poissons pélagiques et des mammifères marins de la mer de Beaufort et, ultimement, d’estimer plus précisément leur distribution et leur abondance. Pour ce faire, je documente : (1) la distribution verticale et les migrations ontogéniques des poissons pélagiques sur un cycle annuel complet; (2) la distribution spatiale et le recrutement des poissons pélagiques en fonction de la date de la débâcle et des températures de surface; et (3) l’indice de réflexion acoustique et la forme des échos des principaux mammifères marins. La morue arctique (Boreogadus saida) formait 95% de l’assemblage des poissons pélagiques et les individus de plus d’un an demeuraient au-dessus du talus, dans l’halocline pacifique et la couche atlantique (&gt; 100 m), tout au long de l’année. Au contraire, les jeunes de l’année colonisaient la couche épipélagique (&lt; 100 m) de leur éclosion au printemps jusqu’à leur descente en profondeur à l’automne. L’abondance et la biomasse de morues arctiques mesurées acoustiquement atteignaient des valeurs significativement plus élevées au sud de la mer de Beaufort et dans le golfe d’Amundsen qu’au nord. Le taux de croissance larvaire et le recrutement augmentaient les années où la débâcle survenait plus tôt et où les températures de surface vernales étaient plus élevées. Le stock pélagique de morues arctiques suffisait généralement à soutenir les besoins énergétiques des principales espèces de mammifères marins. Cependant, ceux-ci doivent probablement plonger plus profondément les années où le stock diminue afin d’attraper les morues arctiques de plus grandes tailles (&gt; 10 cm) demeurant près du fond. La signature acoustique des baleines et des phoques documentée dans cette thèse pourrait être utilisée afin de compléter les levés visuels à l’aide de sonars et d’échosondeurs scientifiques. La présence de faux positifs limite cependant l’utilisation de ces instruments sous leur forme actuelle et des recommandations sont fournies afin d’améliorer les techniques de détection de mammifères marins à l’aide de l’hydroacoustique. / The Canadian Beaufort Sea faces the double pressure of climate change and increasing industrial activities. Despite the importance of the marine ecosystem of the region for local communities, some of its components remain poorly documented, in particular the distribution and abundance of pelagic fish and marine mammals. This thesis is based on hydroacoustic, net, and trawl datasets collected from 2006 to 2014 and documents the acoustic signature of pelagic fish and marine mammals to, ultimately, estimate their abundance and distribution more accurately. I study and discuss: (1) the vertical distribution and ontogenic migrations of pelagic fish over the annual cycle; (2) the spatial distribution and recruitment of pelagic fish in relation with the date of the ice breakup and sea-surface temperatures; and (3) Target Strengths and echotraces of the main marine mammal species. Arctic cod (Boreogadus saida) formed 95% of the pelagic fish assemblage and age-1+ individuals remained over the slope, in the Pacific Halocline and the Atlantic Layer (&gt; 100 m), throughout the year. In contrast, age-0 arctic cod colonized the epipelagic layer (&lt; 100 m) from hatching in spring until their descent to depth during fall. The abundance and biomass of arctic cod measured acoustically was significantly higher in southern Beaufort Sea and the Amundsen Gulf than in northern areas. Larval growth and recruitment increased during years with an early ice breakup and warmer sea-surface temperatures in spring. The stock of pelagic arctic cod was generally high enough to support the energetic requirements of the main marine mammal species. However, they likely had to dive deeper to feed on large (&gt; 10 cm) bottom-dwelling arctic cod when the pelagic stock diminished. The acoustic signature of whales and seals documented here could be used to complement visual surveys with scientific sonars and echosounders. The occurrence of false positives, however, limits the use of these instruments under their current form and recommendations are provided to improve the efficiency of active acoustic monitoring at detecting marine mammals.