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Physique-Chimie • Les signaux
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Amérique du Sud • Novembre 2018
Sous-marin : quels signaux pour communiquer ?
Intérêt du sujet • Isolés mais contraints à des travaux précis, les membres de l'équipage d'un sous-marin utilisent toutes sortes de signaux pour communiquer.
La communication à bord d'un sous-marin
Dans un sous-marin en plongée, les membres de l'équipage ne perçoivent pas la lumière du jour, parfois pendant plusieurs semaines. Pour éviter le dérèglement de leur horloge biologique, des lampes indiquent l'alternance jour-nuit. Lorsqu'il fait jour à la surface, la lumière est blanche ; lorsqu'il fait nuit à la surface, la lumière est rouge.
En cas d'incendie à bord, une sirène retentit.
La communication vers l'extérieur d'un sous-marin
Pour communiquer vers l'extérieur depuis un sous-marin en plongée, on peut utiliser une bouée « antenne » reliée au sous-marin par un câble électrique. Cette bouée émet et reçoit des signaux radio.
Par ailleurs, l'utilisation d'un sonar permet de faire des mesures et de recueillir des informations sur la nature des obstacles rencontrés. Le sonar émet un signal sonore dont la fréquence s'élève à plusieurs centaines de kilohertz. Ce signal se propage jusqu'à un obstacle, est réfléchi par cet obstacle puis revient jusqu'au sonar.
document 1 Échelle des fréquences sonores
document 2 Les moyens de communication depuis un sous-marin
Les échelles ne sont pas respectées.
▶ 1. Indiquer la nature des deux types de signaux utilisés pour la communication à bord d'un sous-marin et cités dans le texte d'introduction.
▶ 2. Préciser l'information transmise par chacun de ces signaux.
▶ 3. Parmi les propositions suivantes, identifier celles qui sont exactes.
Ne pas recopier les propositions choisies mais indiquer uniquement les lettres correspondantes sur la copie.
a) Le sous-marin et la bouée communiquent entre eux par signal radio.
b) Le sous-marin et la bouée communiquent entre eux par signal électrique.
c) La bouée et le satellite communiquent entre eux par signal sonore.
d) La bouée et le satellite communiquent entre eux par signal radio.
e) Le bateau et le sous-marin communiquent entre eux par signal électrique.
▶ 4. Le sonar du sous-marin émet-il des sons audibles ? Justifier la réponse.
document 3 Écran de visualisation des signaux émis et reçus par le sonar
▶ 5. Un sous-marin en expédition pour cartographier les fonds marins se trouve à 300 m sous la surface de l'océan. Les scientifiques utilisent le sonar pour connaître la profondeur du fond océanique dans la zone où se trouve le sous-marin.
En exploitant le document 3, calculer la profondeur du fond océanique.
Donnée : vitesse du son dans l'eau de mer : v = 1 500 m/s.
Les clés du sujet
Comprendre les documents

Répondre aux questions
▶ 5. Cette question se présente comme un problème à résoudre. N'oublie pas que tu cherches une distance. Le document 3 te permettra de déterminer le temps entre l'émission et la réception du signal.
▶ 1. Les signaux utilisés à bord du sous-marin sont lumineux ou sonores.
▶ 2. Le signal lumineux informe s'il fait jour ou nuit et le signal sonore informe s'il y a un incendie.
▶ 3. Les propositions exactes sont la b) et la d).
b) Le sous-marin et la bouée communiquent entre eux par signal électrique.
d) La bouée et le satellite communiquent entre eux par signal radio.
▶ 4. Le sonar envoie des sons d'une fréquence de plusieurs centaines de kHz : 100 kHz > 20 000 Hz
Il émet donc des ultrasons inaudibles à l'oreille humaine.
▶ 5. Dans un premier temps, on cherche la distance du fond de l'océan au sous-marin, que l'on appelle d. La vitesse des ultrasons utilisés pour cette cartographie est v = 1 500 m/s. Il suffit de lire le temps t que met ce signal pour aller du sous-marin jusqu'au fond océanique. On utilisera ensuite la relation .
info +
N'oublie pas que le signal du sonar part de l'émetteur, puis revient vers le récepteur.
Calcul de t : le temps mesuré sur l'écran est le temps d'un aller-retour, soit 2t. Le document 3 montre que les deux pics sont distants de 5,6 carreaux. À chaque carreau correspond 0,1 s.
2t = 5,6 × 0,1 = 0,56 s
Calcul de d : on sait que .
d = 1 500 × 0,28 = 420 m.
Calcul de la profondeur du fond océanique p : on sait que le sous-marin se trouve 300 m sous la surface de l'océan, donc : p = d + 300 = 720 m.