La physique du son sous-marin

Dans l'eau, la densité est environ 800 fois supérieure à celle de l'air, ce qui modifie considérablement le comportement du son. La vitesse du son dans l'eau de mer n'est pas constante; elle dépend principalement de la température, de la salinité et de la pression (profondeur). Les valeurs typiques varient d'environ 1.450 m/s dans l'eau froide et peu profonde à plus de 1.550 m/s dans l'eau chaude et profonde. La formule générale de la vitesse sonore (c) dans l'eau de mer est approximative par:

c = 1449.2 + 4.6T − 0.055T2 + 0.00029T3 + (1,34 − 0.010T)(S − 35) + 0.016D

où T est la température en °C, S est la salinité en PSU, et D est la profondeur en mètres. Cette variabilité crée des couches et des canaux qui focalisent ou dispersent le son, un concept clé pour la biologie marine et les opérations navales.

Propagation et atténuation sonores

La propagation de la perte suit les lois géométriques : la propagation sphérique en eau profonde (perte de 6 dB par doublement de distance) et la propagation cylindrique en eau peu profonde (3 dB par doublement). L'absorption dépend de la fréquence — le son à basse fréquence (inférieur à 1 kHz) peut parcourir des centaines ou des milliers de kilomètres, tandis que le son à haute fréquence (inférieur à 100 kHz) est absorbé à l'intérieur des mètres.

Le paysage sonore sous-marin

Les sources naturelles comprennent le vent, la pluie, les vagues de rupture, le craquage de glace, l'activité sismique et les sons biologiques des animaux marins. Les activités humaines ajoutent du bruit de la navigation, du sonar, des canons à air sismique, de la conduite de pieux et de la construction sous-marine.

La chaîne SOFAR

L'une des caractéristiques les plus importantes de l'acoustique sous-marine est le canal SOFAR (Son fixing and Ranging). À des profondeurs intermédiaires (habituellement 800–1 200 m en latitude moyenne), la température et la pression créent un minimum de vitesse sonore. Les ondes sonores qui se déplacent dans cette couche sont réfractées vers l'axe, ce qui leur permet de se propager sur des distances globales avec très peu de pertes.

Biologie marine et acoustique : une connexion profonde

Le son est le moyen le plus efficace pour les animaux marins de sentir leur environnement parce que la lumière pénètre seulement les quelques centaines de mètres supérieurs, et les signaux chimiques diffusent lentement. bioacoustique- Oui.

Production et réception sonores en Cétacés

Les cétacés (baleines, dauphins et marsouins) sont divisés en deux sous-ordres : les odontocètes (baleines à dents) et les mysticètes (baleines à dents). Les baleines à dents produisent des clics à large bande pour l'écholocation, ce qui leur permet de former des images de leur environnement.

L'audition chez les cétacés est très spécialisée. Les odontocètes reçoivent le son principalement par leur mâchoire inférieure, qui conduit les vibrations aux os de l'oreille. Les mysticètes peuvent entendre par conduction osseuse ou par le canal de l'oreille lui-même. Cette sensibilité leur permet de détecter les sons faibles sur de grandes distances, mais les rend également vulnérables à la pollution sonore.

Saigne dans les poissons et les invertébrés

Les poissons produisent une variété de sons en utilisant leur vessie nageuse (muscles de ronflement), la stridation (os ou dents frottants), ou les mouvements des nageoires. Ces sons servent à la courtit, l'agression et l'alarme. Certains poissons peuvent entendre par leur vessie nageuse, qui agit comme un transducteur de pression, combiné avec l'oreille interne.

Bruit anthropique et ses impacts écologiques

Le bruit causé par l'homme a augmenté de façon spectaculaire dans les océans au cours du siècle dernier. Le bruit de la navigation domine la bande basse fréquence (10–500 Hz), tandis que les levés sonar et sismique ajoutent des impulsions à haute intensité.

  • Perte auditive ou changement temporaire de seuil chez les mammifères marins
  • Changements comportementaux tels que l'évitement d'habitats importants
  • Masquage des appels de communication, réduction de la portée sur laquelle les animaux peuvent interagir
  • Réponses au stress physiologique, mesurées par les hormones de stress
  • Perturbation de l'efficacité de la nourriture et de l'alimentation

Les échoppes massives de baleines à bec ont été étroitement liées aux exercices de sonar naval, ce qui a conduit à des règlements dans de nombreux pays.

Applications de l'acoustique sous-marine en recherche et conservation

La technologie acoustique moderne fournit des outils puissants pour étudier et protéger la vie marine.

Surveillance acoustique passive

Les réseaux d'enregistreurs autonomes peuvent suivre les migrations de baleines, estimer l'abondance des populations et détecter les espèces rares. NOAA Laboratoire marin de l'environnement du Pacifique Le PAM contribue également à l'application des limites de vitesse dans les habitats de baleines.

Acoustique active : Sonar et Echosounders

Les systèmes actifs émettent des impulsions sonores et analysent les échos. Échosounders sont utilisés pour cartographier la profondeur du fond marin et détecter les bancs de poissons. Sonar à scan latéral images le fond de la mer en détail, tandis que Sonar multifaisceaux Ces outils sont essentiels à la cartographie de l'habitat, à la gestion des pêches et à la détection des objets sous-marins.

Déterrents acoustiques et atténuation

Les dispositifs de dissuasion acoustique (ADD) sont utilisés pour empêcher les mammifères marins de se trouver dans des zones dangereuses comme les filets de pêche ou les chantiers de construction. UICN et d'autres organismes publient des lignes directrices pour l'utilisation sécuritaire des appareils acoustiques dans la conservation.

Défis et orientations futures

Malgré des progrès importants, de nombreuses questions demeurent : l'impact total du bruit chronique sur l'ensemble des écosystèmes est encore mal compris. Le changement climatique modifie la température et la stratification des océans, ce qui changera les modes de propagation du bruit.

Pour explorer plus loin, voir la Découverte du son dans la mer le projet de ressources éducatives, ou Société acoustique d'Amérique pour la recherche évaluée par les pairs.

Comprendre les principes du son dans l'acoustique sous-marine et la biologie marine n'est pas seulement une recherche académique, mais il est essentiel pour une conservation efficace et une utilisation durable de l'océan.