Caractérisation précise de la réponse acoustique du fond marin pour l’amélioration de l’identification des fonds

Accurate characterisation of seafloor acoustic response to improve seabed identification

• Auteur / Autrice : Irène Mopin
• Direction : Benoît Zerr
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image et vision
• Date : Soutenance le 15/03/2023
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Université : University of Bath - Sorbonne université (Paris ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance - Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Partenaire(s) de recherche : Organisme public : France. Délégation générale pour l'armement - Agence de l'innovation de défense (France)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Mars
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Quidu, Philippe Blondel, Gilles Le Chenadec, Jacques Marchal, Michel Legris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luciano Fonseca, François Ollivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles stochastiques

Incertitude (théorie de l'information)

Rétrodiffusion

Sondage par ultrasons

Hydrographie

Fonds marins

Acoustique sous-marine

Mots clés libres

Rétrodiffusion

Incertitude

Échosondeur

Hydrographie

Acoustique sous-marine

Backscatter

Uncertainty

Echosounder

Hydrography

Underwater acoustics

Résumé

Les échosondeurs sont aujourd’hui largement utilisés en hydrographie pour mesurer la bathymétrie ; ils fournissent une information de réflectivité du fond à partir de la mesure de la réponse acoustique du fond marin. L’objectif de cette thèse est de proposer une description détaillée de la métrologie de la réponse acoustique des fonds fondée sur les états de l’art théoriques et opérationnels. Les méthodes empiriques pour calculer l’index de rétrodiffusion, développées en opération par les utilisateurs, logiciels, ou les fabricants d’échosondeurs, sont confrontées aux considérations de la littérature. Le lien entre les deux domaines est fait en utilisant un modèle stochastique se basant sur le traitement bathymétrique des sondeurs mono- et multi-faisceaux. À partir de ce modèle, une définition précise de la réponse acoustique du fond marin est proposée et des estimateurs de l’index de rétrodiffusion sont calculés. Le meilleur estimateur est ensuite identifié par comparaison des biais, variances et rapidité de convergence. Enfin, une mesure de la précision de l’acquisition des index de rétrodiffusion avec des sondeurs mono- et multifaisceaux est proposée, basée sur l’incertitude de la mesure. Cette incertitude peut être utilisée en tant qu’information a priori sur la qualité d’un levé planifié, ou comme une indication a posteriori sur la précision de la mesure de la réponse du fond marin.

Echosounders are commonly used in hydrography to measure bathymetry; they can also provide seabed reflectivity information based on the measurement of the seafloor acoustic response. The aim of the PhD is to provide a detailed description of the seafloor acoustic response metrology based on both theoretical and practical states of the art. Empirical methods to compute the backscattering strength, developed in operations by users, softwares or echosounder manufacturers, are confronted to theoretical statements from literature. The link between the two domains is made using a stochastic model based on the bathymetric processing of singlebeam and multibeam echosounders (respectively SBES and MBES). From this model, an accurate definition of the seafloor acoustic response is proposed and estimators of the backscattering strength are derived. The best estimator is then identified by comparing their bias, variances, and speeds of convergence. Finally, a measure of the accuracy of backscattering strength acquisitions with SBES or MBES is proposed, based on the uncertainty of the measurements. This uncertainty can be used as an a priori information about the quality of a planned survey, or as an a posteriori indication of precision of the seafloor response measurements.