DONNEE RELATIVES AUX TROIS STATIONS SUEDOISES

Des signaux infrasonores ont été enregistrés par trois stations suédoises dans la soirée du 27 Mars 2002. Ces trois stations sont situées à Jämton (Luleå), Kiruna et Lycksele, trois villes du Nord de la Suède comme nous le voyons sur la figure 9.1.

Les coordonnées géographiques de ces stations sont :

Jämton : latitude : 65° 51’ 47’’ N ; longitude : 22° 30’ 14’’ E

Kiruna : latitude : 67° 51’ 22’’ N ; longitude : 20° 25’ 16’’ E

Lycksele : latitude : 64° 36’ 50’’ N ; longitude : 18° 45’ 04’’ E Les équivalences suivantes :

1° de latitude = 60 milles marins = 111,111 km 1° de longitude = 111,111 km x cos(latitude)

nous permettent d’évaluer les distances entre chacune de ces stations, qui peuvent être précisées par calcul analytique 3D (distance orthodromique) :

Distance orthodromique Jämton-Lycksele = 218 km. Distance orthodromique Kiruna-Lycksele = 368 km. Distance orthodromique Kiruna-Jämton = 240 km.

1.1 Données en temps réel

Chaque station d’enregistrement comporte 3 capteurs microbarographes disposés aux sommets d’un triangle rectangle de 75 m de côté. La fréquence d’acquisition est de 20 Hz. A noter que la distance entre capteurs est faible en regard de la fréquence d’acquisition, avec les inconvénients que nous verrons plus loin.

Nous disposons pour chaque capteur des enregistrements en temps réel traduits en pression acoustique. La fréquence de coupure des capteurs microbarographes est 0,5 Hz, ce qui donne aux signaux l’allure de signaux filtrés (figures 9.2 à 9.4). Les autres données disponibles concernent les caractéristiques statistiques de ces signaux déterminées sur le site (cf. § 1.2).

L’heure de début d’acquisition des signaux est : T = 22 h 29 min 35 s pour Lycksele

T = 23 h 00 min 23 s pour Jämton T = 22 h 59 min 35 s pour Kiruna

Nous voyons dans les figures 9.2 à 9.4, données avec une dynamique d’échelle identique, les plages de signal utile enregistrées sur le capteur 3 de chacune des stations dans un créneau de 25 minutes à partir des heures suivantes :

Figure 9.2 – Signal enregistré sur le capteur 3 de la station de Lycksele

Figure 9.3 – Signal enregistré sur le capteur 3 de la station de Jämton

• 22 h 50 min pour Lycksele

• 23 h 00 min pour Jämton

• 23 h 00 min pour Kiruna

La première arrivée du signal dans les séries du § 1.3 sont respectivement :

• 22 h 54 min 58 s pour Lycksele

• 23 h 06 min 27 s pour Jämton

• 23 h 07 min 20 s pour Kiruna

Nous voyons que les signaux utiles, caractérisés par une augmentation de l’amplitude, sont plus étalés dans le temps que ceux de Flers et de Parentis, et que le rapport signal sur bruit est plus défavorable. L’absence de “porteuse modulée” révèle par ailleurs que le signal réel a subi un filtrage passe-haut lié à la fréquence de coupure des capteurs.

1.2 Données statistiques concernant les signaux

En plus des signaux enregistrés sur chacun des capteurs des trois stations, le CEA nous a également fourni des fichiers-texte provenant de ces stations suédoises. Ces données résultent d’un traitement d’antenne (méthode d’intercorrélation), nous ne disposons donc pas de fichiers capteur par capteur mais d’un fichier unique pour les trois capteurs. Les “families.txt” fournissent pour chaque train de signaux décelé et pour chaque pas d’échantillonnage temporel de 0,05 s le temps, la fréquence, l’azimut, la pression RMS, la célérité apparente, ainsi que le coefficient de corrélation. Ces données sont classées par séries pouvant se chevaucher dans le temps. La distinction entre séries semble être effectuée sur la base de la célérité apparente du train d’ondes, calculée en fonction de l’azimut de réception et de la distance entre capteurs. Cette célérité apparente permet, à partir de la célérité du son ambiante, d’estimer l’angle d’incidence ou de site sous lequel arrive le signal. Cet angle est caractéristique de la famille ou “phase” du train d’ondes enregistré, c'est-à-dire de son altitude de réflexion dans l’atmosphère. Les “bulletin.txt” reprennent les données des “families.txt” en faisant la moyenne des différentes grandeurs citées précédemment pour chaque série afin d’en donner une appréciation statistique. Nous voyons par exemple une partie de la série 28 du fichier "families.txt" de Kiruna dans le tableau de la figure 9.5.

Comme nous le verrons dans le paragraphe suivant, les azimuts d’arrivée des trains d’ondes répertoriés dans les “bulletin.txt” ont une dispersion beaucoup plus grande que celle que l’on constate pour les signaux de Biscarrosse par exemple. Cette dispersion se retrouve dans les célérités apparentes (“speed”), ce qui nous suggère de ne considérer que leurs valeurs moyennes c_app, à savoir :

c_app = 360 m/s pour Lycksele, c_app = 360 m/s pour Jämton, c_app = 415 m/s pour Kiruna.

Les moyennes saisonnières de température à ces latitudes nous suggèrent de considérer une température nocturne comprise entre -10° et 0° C, donc une célérité ambiante pouvant varier, dans l’hypothèse d’un air normalement humide, entre 327 m/s et 333 m/s. Le calcul sur la base des célérités c_app donne alors pour les angles de site moyens ϕapp :

Figure 9.5 – Extrait de la série 28 du fichier families.txt concernant le signal enregistré à la station de Kiruna (document fourni par le CEA)

ϕapp = 22° à 25° pour Lycksele, ϕapp = 22° à 25° pour Jämton, ϕapp = 36° à 38° pour Kiruna.

On voit que la “phase” des signaux de Kiruna est a priori différente des autres. A défaut de connaître la météorologie basse altitude exacte pour chacune des trois stations, nous n’en tirerons pas de conclusion particulière pour le moment.

1.3 Recherche de corrélation temps-azimut

Pour chacune des stations nous avons, de la même manière, voulu estimer l’azimut moyen d’arrivée des trains d’onde. Le calcul de rayons rétrogrades semble trop aléatoire à de telles distances à défaut de connaître la météorologie du jour : notre idée est de le remplacer par un calcul de trajectoires orthodromiques tirées au niveau de la mer dans les azimuts caractéristiques. Ceci nous permettra d’avoir une idée de la distance couverte jusqu’à la trajectoire de l’avion et de pouvoir apprécier, au moins de façon approximative, la cohérence temporelle des points d’émission du signal.

Nous avons représenté sur les figures 9.6 à 9.8 les temps de début et fin de réception des séries de signaux en fonction de leur azimut d’arrivée à la station. Les échelles temporelles ont une origine arbitraire fonction des plages de réception des signaux utiles. La durée de réception est d’une dizaine de minutes pour les trois stations, donc beaucoup plus grande qu’à Parentis : il semble donc y avoir une nette corrélation entre la distance de propagation et la durée de réception du signal.

Sur les figures 9.6 et 9.7 (Lycksele et Jämton), nous constatons une grande dispersion en azimut probablement due à la faiblesse de la distance entre capteurs compte tenu de la fréquence d’acquisition, ce qui entraîne un calcul imprécis des fonctions de corrélation. La disposition oblique des nuages de points suggère néanmoins l’existence d’une certaine corrélation temps-azimut. A défaut de critère de choix évident, nous avons pris l’option de tracer l’orthodromie dans l’azimut d’arrivée moyen, en prenant arbitrairement comme référence temporelle la première arrivée de signal dans cet azimut. On obtient ici :

Figure 9.6 – Azimut et durée des séries caractéristiques du signal de Lycksele

Figure 9.7 – Azimut et durée des séries caractéristiques du signal de Jämton

258,7° pour Lycksele, avec une première réception à 22 h 59 min 26,5 s 250° pour Jämton, avec une première réception à 23 h 09 min 5,5 s.

Pour la station de Kiruna, comme nous le voyons sur la figure 9.8, le signal utile arrive dans deux azimuts principaux, à savoir :

243°, avec une première réception à 23 h 07 min 38,5 s 251,5°, avec une première réception à 23 h 07 min 23 s.

On voit que la station de Kiruna se singularise à la fois par une meilleure cohérence des arrivées et par un angle de site plus élevé, comme on l’a vu au § 1.2.

Nous allons procéder dans un premier temps au tracé d’orthodromies rétrogrades à partir de ces données d’arrivée moyennes. Aux latitudes considérées et au vu des distances en jeu, il s’agit évidemment d’un calcul analytique mené à partir de chacune des stations.