Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur STI, Section de génie électrique et électronique, Institut de transmissions, ondes et photonique ITOP (Laboratoire d'électromagnétisme et acoustique LEMA)

Tomographie acoustique du Léman

Falourd, Xavier ; Rossi, Mario (Dir.)

Thèse sciences techniques Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2004 ; no 3171.

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    Summary
    The main objective was to show that the acoustic tomography constitutes a new method to investigate the main hydrodynamical processes of the lake of Geneva. The work is based of the various related fields to the tomography, namely : acoustic wave propagation, signal processing and physical limnology. The development of a tomographic system was carried out so as to study the dynamics of the Great Lake by the analysis of the propagation along its small axis. This work is based on modelling of the sound propagation and its systematic comparison with experimental data. The constitution of a temperature profiles calendar is created starting from four orthogonal empirical functions constituting a fundamental information for the resolution of the tomographic problem. The modelling of the thermal destratification and of internal stationnary waves effects on the propagation validate winter measurements, which are correlated with the weather data. It is established that the qualification of the major processes controlling hydrodynamics (thermal stratification, internal waves) is possible by the analysis of sound travel times between two sites close to the banks. The main part of this work constitutes a reference for the adaptation of oceanic tomography to the case of great lakes. It suggests solutions for a best comprehension of the major processes during their phase of thermal destratification.
    Résumé
    L'objectif était de démontrer que la tomographie acoustique constitue une nouvelle méthode pour l'étude des processus de grande échelle du Léman. Le travail s'est d'abord porté sur l'état de l'art des différents domaines connexes à la tomographie, à savoir : la propagation du son, le traitement du signal et la limnologie physique. Le développement et l'installation d'un système de tomographie a été effectué pour l'étude de la dynamique du Grand Lac par analyse de la propagation suivant son petit axe. La recherche s'est ensuite concentrée sur la modélisation de la propagation du son et sa confrontation avec des données expérimentales. Un calendrier de profils de température a été créé à partir de quatre fonctions empiriques orthogonales constituant une information fondamentale pour la résolution du problème tomographique. La modélisation de la déstratification thermique et de l'action des ondes internes stationnaires sur la propagation valide les mesures hivernales, lesquelles sont corrélées aux données météorologiques. Il est établi que la qualification des processus majeurs gouvernant l'hydrodynamique du bassin (stratification, ondes internes) est possible par l'analyse des temps de propagation du son entre deux sites proches des rives. L'ensemble du travail constitue une référence de transposition de la tomographie océanique au cas lacustre. Il apporte des solutions, basées sur l'expérience, pour une meilleure compréhension des processus dominants des grands lacs pendant leur phase de déstratification thermique.