Imagerie acoustique, géolocalisation
L'industrie (au sens large) et la médecine utilisent depuis très longtemps des techniques de propagation d'ondes pour le contrôle ou la caractérisation de milieux traversés. On peut citer par exemple :
- Ondes sismiques utilisées en géologie et en particulier dans le domaine pétrolier,
- Fréquences audibles pour le contrôle in-situ de l'évolution dans le temps des caractéristiques du béton ou la caractérisation de certains matériaux utilisés dans le domaine acoustique, ainsi qu'en tomographie océanique pour mesurer par exemple la température des eaux profondes,
- Ondes ultrasonores en Contrôles Non Destructifs (CND) afin de détecter des défauts (fissures) de petites dimensions, en échographie médicale afin de visualiser des variations légères de densité des tissus, ou pour les sonars sous-marins,
- Ondes électromagnétiques pour les radars,
- Etc.
L'onde « initiale » étant parfaitement connue, ces techniques utilisent les modifications constatées sur ces ondes durant leur propagation pour déterminer les caractéristiques du milieu traversé.
A noter l'exception de la tomographie acoustique océanique passive (voir par exemple les travaux de l'ENSTA de Brest ), technique de caractérisation du milieu n'utilisant pas un son émis volontairement mais des sons naturellement présents dans l'environnement (cris de cétacés, bruits de navires, …).
L'imagerie acoustique, quant à elle, se place dans des conditions connues de propagation (généralement en champ proche pour n'utiliser que des ondes directes) pour identifier la source de bruit, tant en intensité et fréquence qu'en localisation . Il est ainsi possible de cartographier les émissions sonores d'un moteur, de vérifier les qualités d'une paroi isolante, de faire une étude environnementale en ville, etc.
Dans tous les cas, le principe est de mesurer l'onde en plusieurs points et d'appliquer à ces données des calculs de rétro-propagation permettant d'en retrouver la source dans des conditions de propagation connues. Les techniques diffèrent en terme de nombre de points de mesure (de 3 à plusieurs centaines), moyens de mesure et grandeurs prises en compte (intensité, pression, …), algorithme de rétro-propagation utilisés, … et, évidemment, de coût et de résultats, en particulier au niveau de la résolution (fréquence et positionnement).
Certaines ne sont applicables qu'à des sources sonores stationnaires (permanentes) mais le beamforming et l'holographie acoustique permettent de cartographier des sources non stationnaires et font actuellement l'objet de très nombreux travaux de développement (voir par exemple les travaux du LAUM du Mans ).
Radars, sonars, …, la géolocalisation d'une source sonore est donc une technique maîtrisée depuis des années.
A noter toutefois que la quasi-totalité de ces techniques n'utilisent que des champs proches ou des ondes directes, c'est-à-dire que seule l'onde émise ou réfléchie par l'objet à caractériser et parvenant directement au capteur est prise en compte, et qu'il est fait abstraction, au besoin à l'aide de filtres, des réflexions et autres « bruits » venant parasiter le signal.
Pour des raisons initialement militaires (localisation d'un sous-marin en eaux peu profondes, …), puis environnementales (réduction des pollutions sonores liées aux transports, …), les techniques de calcul en champ lointain (et donc de prise en compte de l'environnement sur le signal reçu) ont énormément progressées depuis quelques décennies.
La géolocalisation d'une source sonore est donc applicable dans de très nombreux cas, en utilisant les modèles numériques de terrain (MNT, cartes du relief) disponibles par exemple auprès de l'IGN , et des algorithmes de rétro-propagation prenant en compte l'effet de la topographie et des conditions météorologiques (voir par exemple les travaux de l'INSA de Strasbourg et du LMFA de Lyon en milieu terrestre, du LMA de Marseille en milieu sous-marin).
Encore faut-il que l'on dispose de suffisamment de points de mesure, et d'enregistrements de qualité suffisante… Et là est bien le frein principal de ces méthodes. Ainsi, en l'état actuel des techniques, il serait possible de :
- Calculer assez précisément la trajectoire d'un aéronef quelconque, lors d'un meeting aérien (ou autre cas assimilable) en utilisant les enregistrements sonores divers réalisés par les spectateurs sur leurs caméscopes, ou autres enregistrements de surveillance : nombre de points de mesure important, conditions de propagation simples pour ne pas dire assimilables à un champ proche, …
- Dans des cas plus complexes, vérifier la cohérence entre des hypothèses d'explication et les enregistrements réalisés par quelques témoins.
Sans oublier, bien sûr, les nombreux cas intermédiaires dans lesquels les calculs de rétro-propagation permettraient d'approcher la trajectoire de l'objet afin d'écarter, ou de confirmer, certaines hypothèses envisagées.
Reconstitutions en réalité virtuelle
Connue depuis quelques décennies, les techniques de réalité virtuelles sont de plus en plus diffusées et utilisées .
L'une de leurs applications récentes est l'urbanisme et l'aménagement du territoire , que ce soit en outil d'aide à la décision en particulier dans le domaine des transports ou de simple présentation interactive , voire en reconstitution de lieux historiques.
Suivant les cas, elles utilisent des environnements numériques entièrement reconstitués, ou se basent, en les complétant, sur les MNT déjà cités précédemment.
Du point de vue sonore, notons que les techniques proposées par les équipements audio grand public sont loin d'être représentatives des possibilités offertes par les techniques dites de son spatialisé , et en particulier par l'écoute binaurale au casque . Cette technique vise à ce que les tympans de l'auditeur reçoivent des ondes de pression similaires à celles reçues en situation réelle. Le principe repose sur la reproduction au niveau des oreilles d'un auditeur de toutes les informations nécessaires pour la reproduction d'une image sonore extra-crânienne. L'image sonore perçue, à l'image de la réalité est alors comprise par le cerveau comme étant en trois dimensions et provoque ainsi un rendu de la réalité sonore fidèle. Il ne s'agit plus d'entendre avec les oreilles, mais avec le cerveau .
A l'aide des MNT et en utilisant divers algorithmes de propagation acoustique prenant en compte la topographie, il serait donc parfaitement possible de réaliser des reconstitutions en réalité virtuelle, tant en termes de composantes visuelles que acoustiques, que ce soit pour discriminer diverses hypothèses ou d'en améliorer l'analyse en particulier dans sa perception subjective. Le seul frein à ces possibilités est alors le coût, que ce soit en termes d'expertise ou de matériel nécessaire.