Pourquoi la plupart des recherches sous-marines sont-elles menées avec des véhicules sous-marins télécommandés et autonomes ?
Quand on parle d’études sur l’eau, on parle de vastes étendues. Et couvrir de vastes zones nécessite des outils qui peuvent fonctionner pendant de longues périodes, parfois des mois. La présence de personnes à bord de véhicules sous-marins, en particulier pendant de si longues périodes, est coûteuse et dangereuse.
L’un des outils utilisés par les chercheurs est le véhicule télécommandé, ou ROV. Fondamentalement, il existe un câble entre le véhicule et l’opérateur qui permet à l’opérateur de commander et de déplacer le véhicule, et le véhicule peut relayer des données en temps réel. La technologie ROV a beaucoup progressé pour pouvoir atteindre l’océan profond – jusqu’à une profondeur de 6 000 mètres (19 685 pieds). Il est également plus à même d’offrir la mobilité nécessaire à l’observation des fonds marins et à la collecte de données.
Les véhicules sous-marins autonomes offrent une autre possibilité d’exploration sous-marine. Ils ne sont généralement pas attachés à un navire. Ils sont généralement programmés à l’avance pour effectuer une mission spécifique. Et pendant qu’ils sont sous l’eau, ils n’ont généralement pas de communication constante. À un certain intervalle, ils font surface, relaient l’ensemble des données qu’ils ont recueillies, changent la batterie ou se rechargent et reçoivent de nouvelles instructions avant de s’immerger à nouveau et de poursuivre leur mission.
Que peuvent faire les véhicules sous-marins télécommandés et autonomes que les submersibles avec équipage ne peuvent pas faire, et vice versa ?
Les submersibles avec équipage seront passionnants pour le public et les personnes impliquées et utiles pour les capacités accrues que les humains apportent dans le fonctionnement des instruments et la prise de décisions, similaires à l’exploration spatiale avec équipage. Cependant, cela coûtera beaucoup plus cher que les explorations sans équipage en raison de la taille requise des plates-formes et du besoin de systèmes de survie et de systèmes de sécurité. Les submersibles avec équipage coûtent aujourd’hui des dizaines de milliers de dollars par jour pour fonctionner.
L’utilisation de systèmes sans pilote offrira de meilleures opportunités d’exploration à moindre coût et à moindre risque en opérant sur de vastes zones et dans des endroits inhospitaliers. L’utilisation de véhicules sous-marins télécommandés et autonomes donne aux opérateurs la possibilité d’effectuer des tâches dangereuses pour l’homme, comme l’observation sous la glace et la détection de mines sous-marines.
Les véhicules télécommandés peuvent fonctionner sous la glace de l’Antarctique et dans d’autres endroits dangereux.
Comment la technologie de la recherche en haute mer a-t-elle évolué ?
La technologie a considérablement progressé ces dernières années grâce aux progrès des capteurs et du calcul. Il y a eu de grands progrès dans la miniaturisation des capteurs acoustiques et des sonars pour une utilisation sous-marine. Les ordinateurs sont également devenus plus miniaturisés, capables et économes en énergie. Il y a eu beaucoup de travail sur la technologie des batteries et les connecteurs étanches. La fabrication additive et l’impression 3D permettent également de construire des coques et des composants capables de résister aux hautes pressions en profondeur à des coûts bien inférieurs.
De grands progrès ont également été réalisés pour accroître l’autonomie en utilisant des algorithmes plus avancés, en plus des méthodes traditionnelles de navigation, de localisation et de détection. Par exemple, les algorithmes d’apprentissage automatique peuvent aider un véhicule à détecter et à classer des objets, qu’ils soient fixes comme un pipeline ou mobiles comme des bancs de poissons.
Quels types de découvertes ont été faites à l’aide de véhicules sous-marins télécommandés et autonomes ?
Un exemple est les planeurs sous-marins. Ce sont des véhicules sous-marins autonomes à flottabilité. Ils peuvent rester dans l’eau pendant des mois. Ils peuvent collecter des données sur la pression, la température et la salinité lorsqu’ils montent et descendent dans l’eau. Tous ces éléments sont très utiles aux chercheurs pour comprendre les changements qui se produisent dans les océans.
L’une de ces plates-formes a traversé l’océan Atlantique Nord de la côte du Massachusetts à l’Irlande pendant près d’un an en 2016 et 2017. La quantité de données capturées dans ce laps de temps était sans précédent. Pour mettre les choses en perspective, un véhicule comme celui-là coûte environ 200 000 $. Les opérateurs étaient distants. Toutes les huit heures, le planeur revenait à la surface, se connectait au GPS et disait: «Hé, je suis là», et l’équipage lui donnait essentiellement le plan de la prochaine étape de la mission. Si un navire avec équipage était envoyé pour recueillir cette quantité de données pendant aussi longtemps, cela coûterait des millions.
En 2019, des chercheurs ont utilisé un véhicule sous-marin autonome pour collecter des données inestimables sur les fonds marins sous le glacier Thwaites en Antarctique.
Les sociétés énergétiques utilisent également des véhicules sous-marins télécommandés et autonomes pour inspecter et surveiller les infrastructures offshore d’énergie renouvelable et de pétrole et de gaz sur le fond marin.
Où va la technologie ?
Les systèmes sous-marins sont des plates-formes lentes, et si les chercheurs peuvent les déployer en grand nombre, cela leur donnerait un avantage pour couvrir de vastes zones océaniques. De nombreux efforts sont consacrés à la coordination et à l’autonomie de ces plates-formes axées sur la flotte, ainsi qu’à l’avancement de la collecte de données à l’aide de capteurs embarqués tels que des caméras, des sonars et des capteurs d’oxygène dissous. Un autre aspect de l’amélioration de l’autonomie des véhicules est la prise de décision sous-marine en temps réel et l’analyse des données.
Quel est l’objet de vos recherches sur ces submersibles ?
Mon équipe et moi nous concentrons sur le développement d’algorithmes de navigation et de planification de mission pour des opérations persistantes, c’est-à-dire des missions à long terme avec une surveillance humaine minimale. L’objectif est de répondre à deux des principales contraintes du déploiement de systèmes autonomes. L’un est la durée de vie de la batterie. L’autre est des situations inconnues.
Les recherches de l’auteur incluent un projet permettant aux véhicules sous-marins autonomes de recharger leurs batteries sans intervention humaine.
Pour la durée de vie de la batterie, nous travaillons sur la recharge en mer, sous l’eau comme en surface. Nous développons des outils de déploiement, de récupération, de rechargement et de transfert de données autonomes pour des missions plus longues en mer. Pour les situations inconnues, nous travaillons sur la reconnaissance et l’évitement des obstacles et sur l’adaptation aux différents courants océaniques – en permettant essentiellement à un véhicule de naviguer seul dans des conditions difficiles.
Pour nous adapter à l’évolution de la dynamique et aux défaillances des composants, nous travaillons sur des méthodologies pour aider le véhicule à détecter le changement et à compenser pour pouvoir continuer et terminer la mission.
Ces efforts permettront des études océaniques à long terme, y compris l’observation des conditions environnementales et la cartographie des zones non cartographiées.
Nina Mahmoudian, professeure agrégée de génie mécanique, Université Purdue
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.
