Inversion géoacoustique passive pour l'évaluation rapide de l'environnement : utilisation de sources d'opportunité

Passive geoacoustic inversion contribution to the Rapid Environmental Assessment - use of sources of opportunity

• Auteur / Autrice : Amelie Barazzutti
• Direction : Cédric Gervaise, Jérôme Mars
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 14/12/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Élisabeth Gibert-Brunet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yann Stephan, Carole Nahum
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Chonavel, Sergio Jesus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mammifères marins

Acoustique sous-marine

Mots clés libres

Acoustique

Passive

Biologique

Inversion

Déformation temporelle

Acoustics

Passive

Inversion

Warping

Résumé

L’inversion géoacoustique permet d’estimer les propriétés du milieu marin à partir de ses effets sur la propagation acoustique. Les politiques de protection de l’environnement, mais également les besoins militaires liés à la discrétion, ont conduit la communauté à se pencher sur des alternatives discrètes et moins invasives que les méthodes actuelles actives. En contexte passif, l’environnement est étudié à partir de son impact sur la propagation de signaux émis par des sources d’opportunité déjà présentes dans le milieu. Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés au développement et à l’évaluation d’une méthode d’inversion géoacoustique passive à partir de modulations de fréquences de mammifères marins enregistrées sur un unique hydrophone. Cette méthode monocapteur exploite la propagation multitrajets de ces modulations de fréquences, propagées en environnement petits fonds pour en extraire l’information nécessaire à l’estimation du coefficient de réflexion du fond. Le traitement d’une collection de signaux permet de décrire une courbe du coefficient de réflexion en fonction de l’angle de rasance sur le fond. La méthode est dotée d’outils permettant l’extraction des observables nécessaires à l’inversion. Des outils de séparation haute résolution des trajets ont été développés pour les cas de propagation multitrajets non résolue. Avec un unique capteur, la localisation en 3D est rendue possible grâce à l’apport de la bathymétrie, même lorsque les trajets d’arrivée sont non séparables et non identifiables. La directivité des sources hautes fréquences, ciblées pour l’inversion, a été analysée et sa prise en compte dans le cas d’un diagramme de directivité connu est présentée.

The geoacoustic inversion aims at giving an estimate of the oceanographic properties impacting the acoustic propagation. Most of the current geoacoustic inversion methods are active methods. However, the environment protection policy as well as military necessity of discretion is leading the community into working on less invasive and more discrete inversion schemes. The main idea of passive geoacoustic inversion is to take advantage of opportunity sources by listening to the effect of the environmental properties on their propagation. This PhD work focuses on the development and the validation of a new passive geoacoustic inversion scheme relying on marine mammals frequency modulations recorded on a single hydrophone in shallow waters. This mono-receiver method uses the multipath propagation. The processing of a set of calls provide an estimate of the reflexion coefficient regarding the grazing angle. High resolution separation tools based on bespoke time warping operators have been developed to improve the range of the method in case of not reported multipaths. When the paths remains unresolved (thus unidentified), others tools have been implemented that allows to locate the source with groups of unidentified paths. This localisation can be reached in 3D using only one receiver in varied bathymetry. We analyse the directivity for the high-frequency signals we planed to use and demonstrate how to take into account the directivity as soon as the source directivity pattern is available.