# Dureté du fond

> Option dureté du fond d'Olex : dureté et rugosité du fond, échogramme géoréférencé avec les sondeurs Simrad Ex60, compatibilité RoxAnn et Echoplus Seascan.

Connaître la nature du fond à partir des échos d'un sondeur monofaisceau est une demande fréquente des
utilisateurs, en cartographie comme à la pêche. L'option « échogramme et dureté du fond » d'Olex y répond
en partie.

[[image : Dureté du fond affichée en couleurs sur le relief 2D]](https://www.justmagic.com/images/Olex_dur2D.gif)
*Une idée de la nature du fond*

[[image : Échogramme du sondeur ES60 associé à la trace du bateau sur la carte]](https://www.justmagic.com/images/Olex_echoES60.gif)
*Le lien entre l'image du sondeur et la position de la trace sur la carte*

[[image : Dureté du fond en couleurs sur la vue 3D]](https://www.justmagic.com/images/Olex_ES60_3D.gif)
*Une vue 3D encore plus réaliste*

[[image : Autre vue 3D en survol du fond coloré selon la dureté]](https://www.justmagic.com/images/Olex_HT_new3D.gif)
*Autre vue 3D en survol, mode « fly-through »*

## Un problème complexe

Xavier Lurton (Ifremer) le résume ainsi : l'essentiel de l'information se trouve dans l'enveloppe
temporelle des échos, dont la forme reproduit le balayage angulaire du fond par le signal et certaines
caractéristiques de rétrodiffusion du fond. Mais les signaux reçus dans un secteur étroit autour de la
verticale se prêtent mal à l'extraction de paramètres qui caractérisent le type de fond : les possibilités
sont bien moindres qu'avec les systèmes à large balayage (sonars latéraux, sondeurs multifaisceaux). La
méthode de classification compare l'écho principal et le premier écho multiple : la traînée de ces deux
signaux donne un couple de paramètres, la rugosité du fond et son contraste d'impédance.

Les sondeurs numériques Simrad (EQ60, EQ60BB, ES60, EK60, ER60, EY60, EA400, EK500, EA500, EY500, EA600)
stockent sous forme numérique les données acquises et référencées, ce qui permet à Olex de les
post-traiter. Avec l'option, Olex acquiert en plus des profondeurs des **mesures de réflectivité**
(amplitude du signal réfléchi).

Olex se limite à donner une idée de la dureté et de la rugosité du fond. Déterminer le type de fond
(sable, vase, roche…) reste trop aléatoire : un sondeur bien étalonné sur des zones d'essai peut reconnaître
les fonds rencontrés, mais seulement dans des conditions proches de celles de son étalonnage. C'est
illusoire dans des situations aussi variées que celles de la pêche.

## Fonds durs ou fonds mous ?

Connecté à un sondeur Simrad Ex60 (dont le procédé *split beam* stabilise et homogénéise le faisceau, ce
qui rend les levés plus précis), Olex ajoute à sa bathymétrie temps réel **deux paramètres sur la nature
du fond** :

- **la dureté** : la vitesse de l'onde acoustique dans le sous-sol marin renseigne sur sa nature. Une
  vitesse faible correspond en général à un sédiment meuble, peu réfléchissant ; une vitesse élevée, à une
  roche nue, très réfléchissante ;
- **la rugosité** : si le signal émis est assez bref, l'écho de fond balaie brièvement une zone annulaire
  autour du point d'impact vertical. L'évolution de l'amplitude pendant ce balayage renseigne sur le fond :
  un fond lisse donne une réponse courte, limitée au point spéculaire ; un fond rugueux, une réponse étalée
  dans le temps.

Dans Olex, le relief 2D et 3D se colore selon la dureté, du violet foncé pour les fonds mous au jaune clair
pour les fonds durs. La palette s'ajuste automatiquement ou à la main, pour mieux lire certaines zones. Un
indice de 0 à 100 % chiffre la dureté. La fenêtre de profil du fond montre aussi la dureté en couleurs, par
exemple pour analyser des ridens.

[[image : Signal de l'écho du sondeur et indice de dureté affichés dans Olex]](https://www.justmagic.com/images/ES60_signal.gif)
*Signal de l'écho et indice de dureté*

## L'échogramme associé à la carte

- D'une manipulation simple sur l'Ex60, l'image et les données de l'écho affichées par le sondeur sont
  enregistrées dans Olex.
- L'**échogramme** est ainsi associé à la trace du bateau, donc **géoréférencé** sur la carte.
- Le procédé numérique, issu des technologies développées pour les scientifiques, donne une analyse très
  fine.
- Le patron peut rejouer, comme sur un **magnétoscope**, la position du bateau sur la carte et
  l'échogramme sur plusieurs heures, comme avec les anciens sondeurs à papier.
- Olex utilise les mesures brutes du transducteur, numérisées par l'Ex60 : l'utilisateur peut changer les
  échelles de profondeur et le gain dans Olex pour mieux analyser une trace lors du rejeu.

Exemples d'utilisation d'Olex avec les sondeurs Ex60 :

- pêche en Cornouailles (Falmouth), où une quarantaine de pêcheurs ont adopté Olex avec un EQ60 ou un
  ES60 ;
- cartographie du lac Seljordsvatnet, en Norvège, par l'équipe du GUST (EK60 et Olex) ;
- observations acoustiques de bancs d'hoplostète orange sur le plateau Cascade, au sud-est de la Tasmanie,
  à bord du *Petuna Explorer* en juin et juillet 2003, par le CSIRO australien (ES60 et Olex) ;
- mesures acoustiques de biomasse à l'Institute of Marine Research de Bergen (Norvège) et à la NOAA
  (États-Unis).

## Autres systèmes de classification acoustique des fonds

La forme de l'écho de retour renseigne sur la nature et la géométrie fine du fond : plus le fond est dur,
plus l'amplitude de l'écho est forte ; plus il est rugueux, plus l'écho est étalé. Les systèmes de
classification (AGDS) procèdent différemment : enveloppe du premier écho (QTC, Quester Tangent), deux
premiers échos (VBT, Biosonics), volume diffusé dans un écho (CH1-CH2, MPO), différence d'impédance
acoustique (Elac, ASCS Stennis). La plupart s'adaptent à plusieurs transducteurs et peuvent analyser
plusieurs fréquences à la fois.

L'affichage en couleurs de la nature du fond en 2D et 3D dans Olex est aussi compatible avec les systèmes
**RoxAnn** et **Echoplus Seascan**.

Ces deux systèmes analysent deux échos successifs d'une même trace : le premier après réflexion sur le
fond, le second après un double trajet surface-fond. L'étalement du premier écho (E1) mesure la dispersion
du signal, liée à la rugosité du fond par rapport à la longueur d'onde. L'amplitude du second écho (E2)
mesure la réflexion, liée à la densité du substrat (impédance). Les échantillons acoustiques, intégrés sur
quelques sondes (de 2 secondes à une minute), sont placés sur un graphique dureté (E2) / rugosité (E1),
puis regroupés en classes acoustiques. RoxAnn découpe ces classes en rectangles E1-E2 prédéfinis pour des
matériaux connus et travaille sur le signal analogique. Seascan (comme QTC) travaille sur le signal
numérisé : version numérique simplifiée de RoxAnn, il s'ajuste automatiquement à la fréquence du sondeur, à
la longueur et à l'énergie de l'impulsion, et à la profondeur.

Ils diffèrent de la solution Simrad :

- **par la technologie** :
  - RoxAnn et Seascan mesurent en mV la force du signal des échos multiples, intégrée dans le temps, pour
    en tirer un indice de rugosité (E1) et un indice de dureté (E2) ;
  - les sondeurs Simrad numérisent l'écho principal et lui appliquent de nombreux algorithmes
    d'interprétation de forme d'onde, sans utiliser les échos multiples.
- **par le fonctionnement avec Olex** :
  - RoxAnn et Seascan, ajoutés au sondeur du bord, envoient leurs données par liaison série. Olex les
    reprend telles quelles, en filtrant seulement les valeurs proches du minimum ou du maximum (signe d'un
    système mal étalonné ou saturé). **L'échogramme ne peut pas être enregistré.** Les valeurs de rugosité
    et de dureté (de 0,000 à 9,999 mV) varient beaucoup selon le sondeur et la sonde (la puissance va de
    100 W à 10 kW) : elles n'ont pas de sens en valeur absolue, ce sont leurs variations, entre fonds mous
    et fonds durs, qui comptent. Elles dépendent aussi de l'étalonnage, à faire avec soin, en passant sur
    des fonds sableux, pour obtenir la plus large plage de valeurs E1 et E2 ;
  - les sondeurs Simrad envoient à Olex leurs données brutes (*raw data*) par Ethernet. Olex peut alors
    afficher un échogramme lié à la trace du bateau, et appliquer aux mesures des procédures d'édition et
    de contrôle qualité.

La forme de l'écho dépend de la fréquence, de la longueur d'impulsion, de l'ouverture du faisceau, de la
densité et de la rugosité du fond. Les constructeurs recommandent par exemple une sonde de 33 kHz sur des
fonds sableux de 30 à 50 m, et de 200 kHz sur un fond vaseux dans un port. Le signal dépend aussi de la
profondeur, de la vitesse du bateau et des variations brusques du relief, qui étirent l'écho, d'autant plus
que l'ouverture du sondeur est petite.

Ces systèmes ont leurs limites : discrimination entre substrats, sensibilité au roulis et au tangage. Ils
donnent pourtant de bons résultats dans les études de caractérisation du fond, quand une résolution de
quelques dizaines de mètres suffit et que les habitats sont peu nombreux. Ils estiment la variabilité du
fond, mais des prélèvements restent nécessaires pour qualifier le substrat.