Les courantomètres sont des capteurs permettant d’estimer la vitesse et la direction des courants marins. Les systèmes mis en œuvre à bord des navires de la Flotte sont des courantomètres acoustiques à effet doppler (ADCP, Acoustic Doppler Current Profiler), ils visent à estimer les courants dans la colonne d’eau jusqu’à des profondeurs pouvant atteindre 1 000 mètres. Ces capteurs sont installés de façon permanente sur les navires, soit directement au niveau de la quille, soit au niveau de carénages spéciaux (gondoles) fixés sous la quille.
Les courantomètres acoustiques à effet doppler ou ADCP sont composés de transducteurs piézoélectriques pour la transmission et la réception de signaux acoustiques, ainsi que d’une partie électronique/informatique assurant la génération et l’acquisition de ces signaux. Le signal acoustique émis par le capteur à une fréquence donnée, se propage dans l’eau et est rétrodiffusé par les particules et le plancton (krill, copépodes, ptéropodes…) présents dans l’eau. Les signaux rétrodiffusés sont reçus au niveau du capteur puis traités.
L’hypothèse sur laquelle l’analyse des données est fondée, est la suivante : les particules en suspension sur lesquelles les signaux acoustiques sont rétrodiffusés n’ont pas de vitesse propre, mais suivent la masse d’eau dans laquelle elles se trouvent. La détermination de la vitesse de ces particules permet donc de mesurer la vitesse des courants marins.
Le temps de trajet depuis l’instant d’émission jusqu’à un instant de réception donné permet de déterminer la distance de mesure par rapport au transducteur. Le décalage en fréquence des échos reçus par rapport aux signaux émis est relié à la vitesse relative des particules par rapport au navire (effet Doppler). Pour reconstituer les composantes 3D de cette vitesse, au moins trois faisceaux sont nécessaires. Les ADCP comportent généralement 4 faisceaux orientés de 20° à 30° par rapport à la verticale (cf. figure ci-dessous), deux vers l’avant du navire (un sur bâbord et un sur tribord) et deux vers l’arrière (un sur bâbord et un sur tribord).
En parallèle, il est nécessaire de mesurer précisément la vitesse et l'orientation absolue du navire (grâce à des capteurs appelés "centrales inertielles") pour les retirer de la mesure doppler brute et ainsi en déduire les courants marins dans un système de coordonnées géographiques.
Il est ensuite nécessaire de connaître la vitesse, les mouvements de roulis et tangage ainsi que le cap du navire (positionnement GPS et centrale d’attitude) pour estimer la vitesse des courants marins dans un repère géoréférencé.
Les courantomètres installés sur les navires de la flotte exploitent une gamme de fréquence allant de 38kHz à 1200kHz. Les performances en termes de portée et de résolution verticale sont intrinsèquement liées à la fréquence du capteur et le tableau ci-dessous en résume les ordres de grandeur. La portée dépend également des conditions d’acquisition (bruit du navire, quantité de particules en suspension dans l’eau…).
Fréquence (kHz)
Portée (m)
Résolution verticale (m)
(taille des cellules)
38
1000
24
75
700
16
150
400
8
Les modèles installés sur les différents navires sont précisés dans le tableau ci-dessous.
