LA DETECTABILITE DE LA EN BASSE
FREQUENCE 

INTRODUCTION

L’infrason ou onde infrasonore est une onde acoustique dont la fréquence est inférieure à 20 Hz. Plusieurs domaines se sont intéressés à l’infrason. A titre d’exemple, sur le plan militaire, pour localiser les pièces d’artillerie adverses pendant la première guerre mondiale [2]. Pour les scientifiques, l’étude du mécanisme de la propagation de l’infrason dans l’atmosphère est un sujet très intéressant puisqu’elle permet de contribuer à comprendre certains mécanismes et dynamismes de l’atmosphère. En médecine, le corps humain réagit aussi à cette onde et des études ont été faites sur ce point. Infrasons, sismique, hydroacoustiques et radionucléides sont les quatre technologies de surveillance pour respecter le Traité d’Interdiction Complète des essais nucléaires (TICE) ou Comprehensive nuclear Test Ban Treaty (CTBT) en Anglais. Le système de surveillance international est composé de 321 stations distribuées dans le monde, pour détecter et localiser tout essai nucléaire supérieur à 1 kilotonne de TNT tel que :  sismique, composé de 170 stations dont 50 primaires et 120 auxiliaires  hydroacoustique, composé de 11 stations pour observer toute explosion sous-marine  infrasons, composé de 60 stations microbaromètres pour détecter et localiser les explosions nucléaires dans l’atmosphère. L’Afrique du Sud dispose de ces stations depuis Décembre 2005.  radionucléides, composé de 80 stations pour détecter les gaz nobles produits par les explosions nucléaires. A part les explosions nucléaires, il y a d’autres sources d’infrasons, les sources naturelles telles que les éruptions volcaniques, les éclairs, les ondes de montagnes, la houle océanique …les sources artificielles : avions supersoniques, tirs de carrières…. Les signaux générés par ces différentes sources peuvent masquer la détection des explosions nucléaires. Par conséquent il est nécessaire de connaitre les caractéristiques de ces bruits telles que sa nature, sa position et sa fréquence en effectuant des études statistiques. L’objectif de ce travail est d’étudier la détectabilité de la station infrason I47ZA de Boshof installée en Afrique du Sud pour les basses fréquences de 0.01 à 0.5 Hz, entre les années 2007 et 2011. Dans un premier temps, on va voir la théorie de l’infrason. Dans la seconde partie, nous procédons à l’acquisition des données. Vient ensuite la méthode PMCC ou Progressive Multi-Channel Correlation pour les traitements des données, constituant ainsi la troisième partie. Et l’illustration des résultats et interprétations feront l’objet de la quatrième partie. Et pour terminer, nous enchainerons par une conclusion.

Ondes acoustiques

L’acoustique est la science du son. La discipline a étendu son domaine à l’étude des ondes mécaniques au sein des gaz, des liquides, mais également au sein des solides, et ce quelle que soit la plage des fréquences considérées [19]. Les ondes acoustiques sont des ondes élastiques qui se propagent dans les fluides (gaz ou liquide). Les ondes acoustiques la plus connue sont les ondes sonores, dans la gamme de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz et audible à l’oreille humaine. Cependant, il y a d’autres ondes acoustiques qui sont les ultrasons de fréquence supérieure à 20 kHz et l’infrason de fréquence inférieure à 20 Hz. Évidemment, c’est cette dernière qui nous intéresse. Dans cette partie, nous allons décrire cette théorie par l’équation d’onde, la vitesse de son, le milieu de propagation de l’onde infrasonore et les sources d’infrasons.

Equation d’onde de l’acoustique linéaire

L’utilisation de la théorie linéaire implique que nous considérons les perturbations très faibles et que les termes correspondants à ces perturbations sont négligeables dans l’équation du mouvement. Nous partons de l’expression de l’accélération d’un élément de fluide : 𝜕𝒖 𝜕𝑡 + 𝒖. ∇𝒖 (1) Où u est le champ de vecteur vitesse Dans cette expression le terme linéaire 𝜕𝒖 𝜕𝑡 représente la variation locale de u en un point donné et le terme non-linéaire 𝒖 ⋅ 𝛻𝒖, décrit comment la vitesse de l’élément de fluide varie suivant la variation dans l’espace, ce dernier terme est négligeable dans la théorie linéaire. La nature inertielle d’un fluide de densité est exprimée en appliquant à l’élément de fluide la deuxième loi de mouvement de Newton: le produit de la masse par unité de volume 𝜌et l’accélération (1) est égal à la force, appliquée au fluide, par unité de volume. Quand les forces de viscosité sont négligeables, cette force par unité de volume est – 𝛻𝑝 avec 𝑝 la pression appliquée au fluide,

Milieu de propagation de l’infrason

L’atmosphère Comme le milieu de propagation de l’infrason est l’atmosphère, donc on a besoin de connaître la structure de l’atmosphère et sa composition car la propagation de l’infrason dépend de la dynamique de l’atmosphère.

Structure de l’atmosphère

L’atmosphère est un mélange formé de différents gaz et de diverses particules. Ce mélange forme une enveloppe gazeuse entourant la Terre qui contient l’air que nous respirons. Les constituants de l’air sont principalement de l’Azote (N2) à 78,08%, de l’oxygène (O2) à 20,95%. Pour l’Argon de 0,93% et le reste 1% est composé d’autres gaz telle que le Dioxyde de carbone (CO2), Néon (Ne), Krypton (Kr), Hélium (He), Méthane(CH4) et d’Hydrogène. Des gaz ionisés sont présents aussi en concentration élevée dans l’atmosphère. La couche d’ozone qui s’étend entre 30km et 50 km est la plus connue. L’absorption du rayonnement solaire ultraviolet et du rayonnement terrestre par ces constituants chimiques contrôle la structure thermique de l’atmosphère qui peut être divisée en quatre (4) couches bien distinctes :  La troposphère C’est la couche la plus basse dans l’atmosphère. Elle s’étend de 7 km à 18 km selon la latitude. La troposphère est plus épaisse à l’équateur où il se produit d’importants mouvements convectifs dans la zone de convergence intertropicale (ZCIT). Alors que son épaisseur diminue brutalement entre les moyennes latitudes et les tropiques et atteint progressivement son minimum au niveau des pôles. Etude de la détectabilité de la station infrason I47ZA en basse fréquence entre 2007 et 2011 9 La troposphère contient près de 80% de la masse totale de l’atmosphère et 99% de la vapeur d’eau atmosphérique, à l’origine de la formation des nuages. Ce dernier est produit à la surface de la Terre principalement au niveau de la ZCIT. Ensuite, ils sont transportés par convection (circulation verticale) et advection (circulation horizontale) pour être détruits aux moyennes et hautes latitudes par condensation et par précipitation. Dans cette couche, la température décroît en moyenne 0.65°C par 100 m à partir de 3000 m d’altitude pour atteindre un minimum d’environ -58°C appelée “point froid” ou « cold point ». Cette température minimum constitue la limite supérieure de la troposphère appelée tropopause.