Projet, rapport de stage, et mémoire de fin d’études ETUDE DE PROPAGATION DES TONNERRES INAUDIBLES A TRAVERS L’ATMOSPHERE A MADAGASCAR en PDF
LES ONDES INFRASONORES
Les ondes infrasonores (infrasons) sont des ondes sonores se propageant à des fréquences inférieures à 20 Hz (non perçues par l’oreille humaine). En général, l’infrason est généré lorsqu’un large volume d’air est déplacé. Par conséquent, les sources de l’infrason sont larges et puissants [6] ( Evers, 2008). L’étude de la propagation de ces ondes infrasonores dans l’atmosphère demande une connaissance détaillée des conditions sur le courant atmosphérique.
La température et le vent sont les paramètres atmosphériques les plus importants pour cette propagation [14] (Marcillo , 2008). Généralement, les événements naturels produisent un infrason de basse fréquence (<0.5 Hz) comme la marée océanique, cyclone, les météorites, aurores boréales, séismes et éruption volcanique. Tandis que les événements artificiels génèrent un infrason de haute fréquence (>0.5 Hz) comme les explosions nucléaires, les avions supersoniques et les tirs de carrières. Mais pour la foudre (éclair), elle fait partie des événements naturels à produire une onde infrasonore de fréquence supérieure à 0.5 Hz. La théorie de propagation est basée sur la théorie linéaire de l’acoustique.
La vitesse du son
L’équation (14) a été établie par Newton, mais il n’a pas réussi à avoir un résultat proche des valeurs de la vitesse du son. En effet, des expériences de Boyle sur les gaz ont montré que la pression est proportionnelle à la densité à une température donnée, dans l’air atmosphérique à 20°C, donne c=290m/s une valeur inférieure à la valeur observée de 340 m/s. Il a fallu attendre plus d’un siècle pour que Laplace explique que cette différence est due par l’utilisation des données inappropriées pour une température donnée.
Lors du passage d’une onde un élément de fluide est comprimé, le fluide autour de cet élément est contraint à travailler avec lui et cette énergie de compression s’ajoute à l’énergie interne de l’élément et augmente sa température. Les gaz satisfaisant aux lois de Boyle sont appelés « gaz parfaits », ces gaz incluent l’air atmosphérique et tout gaz dont la densité est très faible par rapport à celle de leur phase condensée. Avec cette approximation, la pression s’écrit :ρ =RTp .
Description de la méthode PMCC
La méthode PMCC ou Progressive Multi-Channel Correlation est basée sur une étude séquentielle des signaux fenêtrés, elle calcule un jeu cohérent de delay time ij t∆ (décalage de temps entre l’arrivée de l’onde à une station i et j) dérivés de l’analyse des fonctions de corrélation de chaque couple de station i et j [3](Cansi 1995), la fonction corrélation est utilisée pour calculer le temps de propagation de l’onde entre deux stations. Un tel détecteur utilise seulement les informations intrinsèques de la fenêtre temporelle traitée. Cette méthode est insensible aux variations des bruits de fonds et elle ne dépend pas de l’amplitude du signal.
Le paramètre consistency est défini par l’inverse du RMS des résiduelles ijk r des relations triangulaires :
kijkijijk tttr ∆+∆+∆= Ou ij t∆ est le Delay time entre l’arrivée du signal au capteur i et j [4](Cansi et Klinger, 1997).
Dans le cas d’une détection (c’est-à-dire que ce RMS est proche de zéro), ces delay time sont utilisés pour localiser l’évènement (vitesse, azimut, fréquence, amplitude). La précision dépend de la valeur du Delay time, plus cette valeur est large, plus la précision est meilleure. Mais, lorsque la valeur du Delay time est grande (proche de la valeur maximale accessible définie par 2 Wt Max ≈∆ où W est la longueur de la fenêtre, les parties des signaux qui sont similaires dans la fenêtre sont très courtes. Les fonctions corrélations correspondantes sont alors suffisamment affectées pour amener des ambiguïtés dans la recherche de leur maximum (par exemple, deux ou plusieurs maxima ont des valeurs proches).
En plus, cet effet est plus important dans le cas d’un signal dont la période est faible devant la largeur de la fenêtre W, à cause du grand nombre de maxima locaux. Nous ne pouvons pas correctement résoudre le problème lorsque le nombre de station est élevé car la recherche des maxima locaux est une tache énorme (par exemple avec 10 stations et 4 maxima locaux, nous avons 6 10 104 = calculs de RMS à faire). A ce stade, nous résolvons le problème en utilisant un résultat de prélocalisation obtenu à partir d’un sous-réseau dans lequel il n’y a pas d’ambiguïté.
Commençons par un sous-réseau dont la dimension L n’amène aucune ambiguïté pour la vitesse et la fréquence étudiée. Ceci est le cas où T t <<∆ avec T la période du signal, ou en termes de condition spatiale λ <<L , avec λ la longueur d’onde du signal. La localisation résultant de cette étude nous permet de calculer théoriquement le Delay time pour les stations éloignées. Les ambiguïtés possibles sont maintenant enlevées car nous avons à chercher un maximum local proche de cette valeur théorique.
Pour éliminer les erreurs induites par un mauvais résultat de prélocalisation, nous ajoutons progressivement les stations éloignées en utilisant un critère basé sur une comparaison entre leur distance au sous-réseau et la longueur d’onde calculée. Cette utilisation progressive des stations éloignées possède deux effets majeurs :
– la suppression des fausses détections dues aux bruits corrélés à l’échelle du sous-réseau .
– une augmentation de la précision de la localisation en augmentant l’ouverture du réseau.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : THEORIE SUR L’INFRASON
1-LES ONDES INFRASONORES
1-1 Equation d’onde (théorie linéaire de l’acoustique)
1-2 La vitesse du son 1-3 Propagation à travers l’atmosphère – tracé de rais ( p − τ)
2-LA FOUDRE
2-1 La charge
2-2 La gravitation
2-3 La convection
2-4 La décharge
2-5 Couleur
2-6 Fréquence
2-7 Tonnerre
2-8 Les différents types d’éclairs
3-LE MECANISME DU TONNERRE INFRASONORE
3-1 Le modèle de Few
3-2 Le modèle électrostatique
PARTIE II : ACQUISITION DES DONNEES
1- HISTORIQUE
2 -LA STATION INFRASONIQUE I33MG
2-1 Aspect géographique de la station
2-2 Topographie du site
2-3 Caractéristique de la station
2-4 Le capteur 2-5 Réseau de filtrage
2-6 Equipement matériel de chaque station
PARTIE III : TRAITEMENT DES DONNEES
1- LA METHODE PMCC
1-1 Fonction de corrélation
1-2 Description de la méthode PMCC
2-EXEMPLE DE TRAITEMENT PMCC
3-TRACÉ DE RAIS PARTIE
IV : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
1-RESULTATS
1-1 Détection du 31/01/2005
1-2 Détection du 09/03/2005
1-3 Détection du 12/03/2005
1-4 Détection du 27/02/2010
2-DISCUSSION
2-1 La forme des signaux et la zone de détection
2-2 Les phases en fonction de la saison
2-3 Le profil de la vitesse effective
CONCLUSION
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