Modélisation de la réverbération basse fréquence par petits fonds

= Shallow-water reverberation modelling

• Auteur / Autrice : Géraldine Bouchage
• Direction : Manell E. Zakharia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, énergétique, génie civil, acoustique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acoustique sous-marine

Résumé

Cette étude concerne la modélisation de la réverbération par petits fonds, réalisée en couplant un modèle de propagation et un modèle de diffusion. Ce couplage est basé sur la décomposition en ondes planes du champ acoustique et sur la description des interfaces au moyen d'index de diffusion. La complexité de cette décomposition dépend du modèle utilisé pour les calculs de propagation. La théorie des modes normaux fournit un accès quasi-direct au spectre du champ incident, mais trouve ses limitations pour un environnement variable en distance. L'utilisation de modèles basés sur la théorie de l'équation parabolique est courante pour l'analyse des milieux variables mais ne peut fournir directement le spectre des ondes planes. Le modèle développé, REVPA, est basé sur une approximation "grand-angle" de l'équation parabolique (Padé à l'ordre 4). Il permet de résoudre les problèmes de propagation dans des configurations variées (fond rigide/sédimentaire, profil de célérité constant/variable). La prise en compte des index de diffusion nécessite de réaliser une décomposition en ondes planes. La transformée de Fourier spatiale, couramment utilisée, se heurte à une limitation importante en présence de fonds sédimentaires. Une méthode de décomposition modale basée sur l'approximation WKB a donc été développée. Les avantages et les limitations de ces techniques ont été analysés au travers de nombreuses simulations dont les résultats ont été comparés à ceux obtenus avec un modèle de référence. Ces comparaisons ont permis notamment de montrer les fortes limitations liées à la transformée de Fourier. Même si elle possède également ses limitations, la décomposition modale permet de pallier celles de la décomposition de Fourier. De nombreux tests ont permis de valider le modèle REVPA associé à cette décomposition (erreur< 0,2 dB). Sa validation finale ainsi que sa comparaison avec des modèles basés sur des approches modales nécessitent la comparaison à des données expérimentales.

This study deals with shallow-water reverberation modeling. The coupling of a propagation model and a scattering one made the modeling possible. This coupling is based on a plane-wave decomposition of the acoustic field and the description of the interfaces by scattering indexes. The difficulty of the decomposition depends on the model used for propagation modeling. The normal mode theory gives a straight access to the spectrum of the incident field but is limited in the case of a variable environment. Models based on the parabolic equation are usually used for the analysis of range dependent environments but they cannot provide directly the plane-wave spectrum. The developed model, REVPA, is based on a wide-angle approximation of the parabolic equation (4th order Padé). It can solve propagation problems for several Environmental configurations (rigid or sedimentary bottom, constant or variable sound-speed profile). In order to introduce scattering indexes in the mode!, the amplitudes and phases of the plane waves must be determined by means of plane-wave decomposition. The spatial Fourier transform, usually used, is strongly limited for sedimentary bottom. A modal decomposition based on the WKB approximation has therefore been developed. The advantages and limitations of each technique have been analysed through different simulations, the results of which have been compared to those obtained with a reference model. These simulations have pointed out the major limitations of the Fourier transform especially when the reverberation phenomena are localised on a sedimentary bottom. Although it possesses its own limitations, the modal decomposition allows overcoming those of the Fourier transform. The REVPA model associated with this decomposition has been validated through numerous tests (discrepancy less than 0,2 dB). The final validation and the comparison of the REVPA model with those based on normal mode method require several comparisons with experimental data.