Le radar et le sonar

Différents instruments peuvent être utilisés pour détecter la position ou le mouvement d'un objet. Le radar et le sonar sont sûrement les plus connus de ces appareils, même s'ils sont souvent confondus. Effectivement, ils sont basés sur le même principe de fonctionnement, pourtant ils utilisent des technologies très différentes.

Le radar (RAdio Detecting And Ranging)

Le radar utilise une onde électromagnétique pour détecter, localiser, suivre et identifier des objets, et cela à des distances considérables. Il émet une onde vers l'objet, communément appelé cible, et mesure l'écho de cette onde. En effet, quand l'onde émise « illumine » la cible, celle-ci réfléchit une portion de l'onde vers le radar. Les radars utilisent des ondes de différentes fréquences selon l'utilisation qui en est faite.

L'antenne sert à la fois d'émetteur et de récepteur, et doit donc partager son temps entre l'envoi d'ondes et l'écoute des échos potentiels.

La technologie du radar s'est développée rapidement durant la Seconde guerre mondiale pour des applications militaires. Mais un nombre croissant d'utilisations civiles furent trouvées depuis : trafic aérien, radar météorologique, navigation, contrôle de la circulation routière et observation spatiale planétaire.

Applications militaires

L'armée utilise encore beaucoup le radar pour détecter les avions, les missiles, les obus, les navires et les satellites. De plus, le radar sert à guider les armes modernes (smart weapons) et à distinguer les cibles. Les avions furtifs (stealth) sont moins facilement détectables à cause du matériau qui sert à leur fabrication. Celui-ci absorbe une partie importante de l'onde radar. Ce qui en reste est diffusé dans toutes les directions par les formes particulières de l'avion.

Radar météorologique

Le radar atmosphérique est utilisé principalement dans deux champs d'application en météorologie :

• La mesure dans l'atmosphère de diverses quantités physiques utiles pour alimenter les modèles de prévision météorologique (vitesse de l'air, indice de réfraction).
• La prévision détaillée à court terme de phénomènes météorologiques locaux (visibilité, vent, pluie, grêle, tornade, foudre, etc.) et leur évolution sur une dizaine de minutes ou sur quelques heures.

Une mesure de l'indice de réfraction de l'air à l'onde radar donne une mesure indirecte de la température (l'air chaud, moins dense, dévie moins les ondes électromagnétiques que l'air froid). Cette donnée, associée à la vitesse de l'air mesurée par effet Doppler, permet une étude précise de l'évolution de l'air et peut permettre l'amélioration de notre compréhension de l'atmosphère.

Le radar Doppler permet de suivre l'évolution des conditions atmosphériques. Le défi qu'ont à relever les prévisionnistes est de découvrir quels orages peuvent présenter un danger pour la population et la propriété, et d'émettre des avertissements assez tôt pour permettre la prise de mesures de protection. Cela est particulièrement critique pour les tornades dans les Prairies de l'ouest du Canada où le phénomène est plus fréquent. Il est à noter que la portée de détection du radar est de 240 kilomètres.

Cinq radars Doppler font partie du réseau québécois : McGill dans la région de Montréal, Villeroy dans la région de Québec, Lac Castor au Saguenay, Landrienne en Abitibi-Témiscamingue et Val d'Irène au Bas-St-Laurent.

Carte du sud du Québec illustrant le réseau de radars météorologiques du Québec
Gracieuseté d'Environnement Canada

Navigation

Un radar à bord d'un avion est utile pour qu'on puisse connaître son altitude, sa vitesse et sa position par rapport au sol. Il peut également détecter les zones climatiques dangereuses. Sur un bateau, le radar contribue à éviter les collisions avec d'autres navires dans des conditions de visibilité réduite.

Contrôle aérien

Tout aéroport possède un réseau radar à proximité afin d'aider au contrôle du trafic aérien. Ce réseau peut être utilisé pour détecter les avions autour de l'aéroport ou pour connaître les variations climatiques influençant le vol des avions.

Radar policier

Les radars de la police émettent une onde et mesurent sa réflexion (écho radar). La vitesse de la cible (la voiture) crée un effet Doppler sur l'onde réfléchie. Plus la voiture va vite, plus la variation de la fréquence de l'onde est grande. Cette fréquence sera plus élevée par rapport à celle de l'onde émise si la voiture se rapproche et vice versa. Si le radar est utilisé dans une voiture en mouvement, la vitesse de la cible est comparée à la vitesse du sol (vitesse de la voiture de police). Ce type de radar ne mesure pas la distance de la cible et utilise des ondes micrométriques.

Depuis une dizaine d'années, une nouvelle technologie utilisant le laser est maintenant proposée avec le radar conventionnel. Ces nouveaux appareils ne peuvent être utilisés que de façon stationnaire, mais ils ont l'avantage de mesurer la distance en même temps que la vitesse. Pour obtenir la distance, on mesure le temps entre l'émission de l'onde et sa réception. Comme l'onde a effectué un aller-retour entre la cible et le radar, on divise ce temps en deux. En tenant compte de la vitesse de la lumière, l'appareil peut alors calculer la distance entre la cible et le radar.

Applications spatiales

Plusieurs satellites utilisent le radar pour l'étude de la Terre. On étudie ainsi principalement la météorologie et l'océanographie. Par exemple, on peut suivre par radar les mouvements des icebergs et transmettre ces informations aux navires. Une sonde en orbite autour de Vénus a permis d'obtenir la première carte géographique de la planète grâce à un radar capable de percer la couverture nuageuse permanente de Vénus.

Le sonar (Sound Navigation And Ranging)

Alors que le radar utilise une onde électromagnétique pour détecter des objets dans son environnement, le sonar utilise plutôt une onde mécanique, le son. Le mode de fonctionnement du radar et du sonar est sensiblement le même (ces appareils se composent tous deux d'un émetteur et d'un récepteur), mais la technologie utilisée est bien différente. En effet, le sonar est beaucoup plus simple. On peut utiliser un cristal de quartz qui vibrera dans l'eau comme émetteur et un simple micro comme récepteur. Sa simplicité le rend beaucoup plus accessible et moins dispendieux que le radar; on peut même s'en procurer facilement pour la pêche sportive.

Dans l'eau, on ne peut utiliser les ondes électromagnétiques, car elles n'ont qu'une faible portée dans ce milieu. Le son, au contraire, s'y propage facilement, ce qui donne une portée raisonnable au sonar. C'est pourquoi les bateaux ou les sous-marins en sont dotés. Il est cependant difficile de se servir de l'effet Doppler pour déterminer la vitesse de la cible à l'aide du sonar. Il est plus facile de suivre la cible un certain temps pour déterminer sa vitesse. Le sonar a d'abord été utilisé à des fins militaires pour la détection des sous-marins. Aujourd'hui, son utilisation s'est étendue à la détection des bancs de poissons pour la pêche, ou encore à l'étude des fonds marins en océanographie.

Une version naturelle du sonar est employée par les chauves-souris. En effet, elles émettent des sons de haute fréquence (les ultrasons) qui sont réfléchis par les obstacles, pour se diriger et attraper leurs proies. Elles analysent ensuite ces réflexions et sont ainsi en mesure de déterminer l'emplacement et les propriétés physiques des objets réfléchissants.

La chauve-souris n'est pas le seul animal à mettre à profit ce phénomène. Les dauphins émettent des bruits, les clics et les sifflements, presque en permanence. Les clics sont des impulsions brèves d'environ 300 sons par seconde émises par un mécanisme situé juste sous l'évent. Les échos reçus par la zone arrière de la mâchoire inférieure sont transmis vers l'oreille moyenne. Ce système d'écholocation permet au dauphin de naviguer parmi ses compagnons et de détecter des sources de nourriture.

La technique médicale de l'échographie est une autre application du sonar. En effet, les ultrasons sont employés afin d'examiner des organes comme la vessie ou les reins. C'est cependant pour l'examen du fœtus pendant la grossesse que l'échographie est mieux connue.

Source : Encyclopédie Microsoft Encarta 2001, Microsoft Corporation.

Objectif terminal 3.1
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