Guide des équipements de levés hydrographiques : ADCP, sondeur et système multifaisceaux

Les levés hydrographiques couvrent un large éventail de questions relatives à l'eau : quelle est la profondeur du chenal, à quoi ressemble le lit de la rivière, quelle est la vitesse du courant, et comment tout cela évolue-t-il au fil du temps ? Aucun instrument ne permet à lui seul de répondre à toutes ces questions. Le choix du matériel de levé hydrographique consiste principalement à adapter l’instrument à la question posée, au plan d’eau concerné et à la plate-forme qui le transportera. Ce guide présente les trois principales familles d’instruments utilisées dans la cartographie bathymétrique moderne — les échosondeurs monofaisceaux, les échosondeurs multifaisceaux et les profileurs acoustiques de courant Doppler — et explique dans quels contextes chacun d’entre eux trouve son application.

Ce que mesurent les équipements de levés hydrographiques

Fondamentalement, un levé hydrographique fournit deux types de données : la forme du fond sous-marin (bathymétrie) et le comportement de l’eau elle-même (courants et débit). Ce sont des instruments acoustiques qui s’en chargent, en émettant une impulsion sonore dans l’eau et en mesurant le temps de retour de celle-ci. Les différences entre les types d'instruments tiennent au nombre de faisceaux qu'ils utilisent, à l'étendue de la zone qu'ils couvrent et à leur conception : sont-ils destinés à mesurer la profondeur, le débit, ou les deux ?
 

Trois types de mesures reviennent systématiquement dans presque tous les projets :
 

• Profondeur et configuration du fond : cartographie des fonds marins, fluviaux ou lacustres pour les cartes de navigation, les plans de dragage et les calculs de volume. C'est le rôle des échosondeurs.
   
• Débit et écoulement : mesure de la vitesse et de la direction des courants dans la colonne d'eau, et calcul du débit des cours d'eau. C'est le rôle des profileurs acoustiques de courant Doppler.
   
• Positionnement et mouvement : associer chaque relèvement à une position précise et corriger les données en fonction du mouvement de la plate-forme de levé. C'est le rôle du GNSS et du système inertiel qui sous-tendent l'ensemble du levé.

Sondeurs à faisceau unique

Un échosondeur à faisceau unique est l'instrument de mesure de profondeur le plus direct. Il émet une impulsion acoustique verticalement vers le bas et fournit une seule valeur de profondeur à chaque impulsion. Il suffit de tracer une ligne de relevé sur l'eau pour obtenir un profil des profondeurs le long de cette trajectoire. Simple, robuste et léger, c'est le moyen le plus abordable de se lancer dans les travaux de levés bathymétriques.
 

Les systèmes à faisceau unique conviennent aux projets ne nécessitant pas une imagerie complète des fonds marins : contrôles de routine de la profondeur des chenaux, levés du niveau des réservoirs et des lacs, coupes transversales de cours d’eau et travaux d’inspection pour lesquels un profil de profondeur représentatif le long de lignes prédéfinies suffit. Les modèles à faisceau unique bifréquence offrent une double fonctionnalité : ils utilisent une basse fréquence pour pénétrer les sédiments meubles et une haute fréquence pour détecter les fonds durs, ce qui permet de cartographier à la fois la surface de la vase et le fond solide situé en dessous.
 

Dans la gamme CHCNAV, les échosondeurs monofaisceaux comprennent l’échosondeur compact monofaisceau D270 et l’échosondeur bifréquence D60, conçu pour les navires de levé sans équipage.

Sondeurs multifaisceaux

Un échosondeur multifaisceaux pallie les limites du système à faisceau unique. Au lieu d’émettre une seule impulsion vers le fond, il projette un ensemble de faisceaux en forme d’éventail sur une bande sous le navire et fournit une profondeur pour chaque faisceau de cet éventail, produisant ainsi des centaines, voire des milliers de relevés par impulsion. Au fur et à mesure que le navire avance, ces bandes s'assemblent pour former un modèle tridimensionnel continu et exhaustif du fond marin, plutôt qu'un ensemble de profils espacés.
 

Le sondeur multifaisceaux est l’instrument de choix lorsque le levé nécessite une couverture complète et un niveau de détail élevé : levés portuaires, mesure du volume de dragage, inspection de structures sous-marines et élaboration de cartes de navigation de haute précision. La largeur de balayage est généralement exprimée en multiple de la profondeur de l’eau ; ainsi, un seul passage couvre une bande plusieurs fois plus large que la profondeur sous le navire, ce qui rend la cartographie à couverture complète réalisable à grande échelle. Le compromis réside dans le coût et la complexité : les systèmes multifaisceaux nécessitent une compensation précise des mouvements et un étalonnage minutieux pour transformer les données brutes des faisceaux en une surface nette.
 

L’échosondeur multifaisceaux compact CHCNAV HQ-400 est conçu pour cette tâche sur une plateforme compacte, permettant ainsi aux petits navires et aux navires sans équipage de bénéficier d’une bathymétrie à couverture complète.

Profilomètres acoustiques à effet Doppler (ADCP)

Un profileur de courant acoustique Doppler mesure ce que les échosondeurs ne mesurent pas : le mouvement de l'eau. Il utilise l'effet Doppler du son réfléchi par les particules en suspension dans l'eau pour mesurer simultanément la vitesse et la direction du courant à de nombreuses profondeurs dans la colonne d'eau, établissant ainsi un profil de l'écoulement de la surface jusqu'au lit. Associé à une coupe transversale du cours d'eau, un ADCP calcule également le débit, c'est-à-dire le volume total d'eau passant par un point donné par seconde, qui constitue un indicateur clé en hydrologie et en gestion des ressources en eau.
 

Les ADCP constituent l’instrument de référence pour le jaugeage des rivières et des cours d’eau, la surveillance des crues, l’irrigation et les études sur les ressources en eau, ainsi que pour tout projet où le débit, et non pas uniquement la profondeur, est l’objectif visé. De nombreux ADCP enregistrent également la profondeur au fond, de sorte qu’un seul déploiement peut fournir à la fois un profil de débit et une mesure de profondeur le long de la trajectoire.
 

Les profileurs acoustiques de courant Doppler CHCNAV RS-1200 et RS-600 remplissent cette fonction dans des rivières présentant différentes profondeurs et conditions de débit.

ADCP, faisceau unique et multifaisceaux : comparaison côte à côte

Ces trois techniques sont complémentaires plutôt que concurrentes. Un programme complet consacré aux ressources en eau ou aux voies navigables fait souvent appel aux trois : un ADCP pour le débit, un sonar monofaisceau pour les relevés de profondeur de routine, et un sonar multifaisceaux pour les profils détaillés à couverture complète qui revêtent la plus grande importance. Le point de départ approprié dépend de l’objectif principal du projet : la profondeur, le niveau de détail ou le débit.

La plateforme est tout aussi importante que l'instrument

La qualité d'un échosondeur ou d'un ADCP dépend entièrement de la plate-forme sur laquelle il est installé et de la précision de son positionnement. Ces deux facteurs déterminent la qualité des données finales tout autant que le capteur lui-même.

Navires de prospection sans équipage

Les navires de levé sans équipage à faible tirant d’eau permettent d’accéder à des zones de la zone de levé où les bateaux avec équipage ne peuvent pas opérer en toute sécurité : bancs de sable, zones végétalisées, berges escarpées et tronçons où le trafic commercial est intense. Un USV compact peut embarquer une charge utile à faisceau unique, multifaisceaux ou ADCP, effectuer des lignes de levé en continu sans avoir à coordonner les priorités de passage, et être déployé et piloté depuis la rive par un équipage réduit. Le navire de levé sans équipage APACHE 4 est un exemple de plateforme légère conçue pour transporter ces charges utiles dans des eaux difficiles.

Positionnement et compensation de mouvement

Chaque relèvement doit être associé à une position précise et, sur un navire en mouvement, il doit également être corrigé en fonction du roulis, du tangage et du soulevé. C'est là le rôle d'un système intégré GNSS et inertiel. Sans un positionnement précis et une compensation des mouvements, même un système multifaisceaux haut de gamme renvoie une image de surface déformée. C'est pourquoi les équipements de levés hydrographiques sont définis comme un système complet, comprenant à la fois le capteur acoustique, l'unité de positionnement et la plate-forme, plutôt que comme un simple capteur isolé.

Comment choisir du matériel de levé hydrographique

Une courte série de questions permet de réduire rapidement le choix :
 

• Profondeur ou débit ? Si le projet porte sur le débit d'eau, commencez par un ADCP. S'il porte sur la configuration du lit, commencez par un échosondeur.
   
• Profil ou couverture complète ? Si des courbes de niveau représentatives suffisent, un échosondeur monofaisceau est le choix le plus efficace. Si le travail nécessite une couverture complète et très détaillée, un échosondeur multifaisceaux est la solution.
   
• Quel type d’eau et quel accès ? Les eaux peu profondes, végétalisées, à courant rapide ou à fort trafic orientent le choix vers un navire de levé compact et sans équipage plutôt que vers un bateau avec équipage.
   
• Quelle classe de précision ? L'élaboration des cartes de navigation et les travaux d'ingénierie sont soumis à des normes de précision strictes qui déterminent à la fois la qualité des capteurs et les exigences en matière de positionnement.

Équipements d'études hydrographiques et maritimes de la CHCNAV

CHC Navigation fabrique des équipements de levés hydrographiques couvrant les trois familles d’instruments ainsi que les plateformes qui les transportent : les profileurs de courant ADCP de la série RS, les échosondeurs monofaisceau de la série D, l’échosondeur multifaisceaux HQ-400 et la série APACHE de navires de levés sans pilote. Ces équipements s'inscrivent dans le cadre plus large de la solution de levés hydrographiques et de cartographie bathymétrique de CHCNAV, qui associe capteurs, systèmes de positionnement et plateformes pour la cartographie des voies navigables intérieures, les levés portuaires, les travaux sur les cours d'eau et les réservoirs, la surveillance des crues et des débits, ainsi que l'inspection sous-marine.
 

Pour les équipes qui mettent en place ou développent des capacités hydrographiques, la démarche la plus pratique consiste à adapter l’instrument à la mesure, la plate-forme au milieu aquatique et le système de positionnement à la classe de précision, puis à les intégrer en un système unique plutôt qu’en un simple ensemble de composants.

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À propos de CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) développe des solutions avancées de cartographie, de navigation et de positionnement conçues pour améliorer la productivité et l'efficacité. Au service de secteurs tels que le géospatial, l'agriculture, le contrôle des machines et l'autonomie, CHCNAV propose des technologies innovantes qui donnent les moyens d'agir aux professionnels et favorisent le progrès de l'industrie. Avec une présence mondiale couvrant plus de 140 pays et une équipe de plus de 2 200 professionnels, CHC Navigation est reconnue comme un leader dans le secteur géospatial et au-delà. Pour plus d’informations sur CHC Navigation [Huace:300627.SZ], rendez-vous sur : https://geospatial.chcnav.com/about/overview