Atelier S M A 2 M Vecteurs et plateformes autonomes pour ...

04/02/2021 1

surface près du fond

Échelle locale

Echelle globale

Jérôme Blandin: observatoires

point fixe

Jan Opderbecke : engins

sous-marins autonomes

Adrien Chauvet, Marc Nokin :

drones de surface (USV)

Xavier André : profileurs

Vecteurs et plateformes autonomes pour la mesure et l’observationAtelier S M A 2 M

U S V : E TAT D E L ’A R T

04/02/2021 3

- 5 modes de propulsion:• Diesel ou diesel électrique• Electrique• Houlo-moteur• Vélique• Hybride

- Principaux marchés:• Défense• Surveillance portuaire ou côtière• Inspection d’ouvrages d’art• Océanographie au sens large (émergent)

- Charge utile 30-100 kg en moyenne

- Peu d’USV véliques sur le marché.

- Tendance à l’hybridation pour allier autonomie et flexibilité

Diesel

iXBlue DRIX

Kongsberg Sounder

ASVGlobal C-Worker 5

• Vitesse max : 10 – 14 nœuds

• Vitesse de croisière : ≈ 6 nœuds

• Autonomie : ≈ 7 jours ou 1000 MN

• Applications pétrolières et EMR, défence

Capacité opérationnellePuissance disponible (kW)

AutonomieEntretientEmissions polluantes

404/02/2021

04/02/2021 5

Électrique

• Vitesse max : 8 nœuds


• Autonomie : ≈ 6-8 heures jusqu’à

quelques jours• Application portuaires ,inspection

d'ouvrage d'art et défence

Transport aisé

Grande manoeuvrabilité

Autonomie

Capacité opérationnelleCharge utile faible

ASVGlobal C-CAT3Subsea Tech CatSurveyor

04/02/2021 6

Houlo-moteur

• Vitesse max : 3 nœuds


• Autonomie : Virtuellement illimitée

• Application scientifique et défence

Très grande autonomieEmissions polluantes faibles

Très dépendant des conditions de merVitesse faible même avec de bonnes conditions

AutoNaut 5

WaveGlider

04/02/2021 7

Vélique

• Vitesse max : 5-8 nœuds


• Autonomie : Virtuellement illimitée• Application scientifique et défence

Très grande autonomieEmissions polluantes faibles

Dépendant des conditions de mer

Saildrone 7 m VAIMOS

04/02/2021 8

Hybridation

Saildrone Surveyor

OCIUSBlueBottle

Sea Proven 70

• Transmission de données depuis des équipements sous-marins (AUV, observatoires, glider)

• Acquisition de données océanographiques y compris dans les zones « blanches » en intégrant des capteurs standards :

• -CTD• -O2• -Turbidité• -...

• Déploiement et récupération de profileur dans des zones « blanches »

• Déploiements depuis les navires océanographiques durant les campagnes scientifiques pour optimiser le temps bateau.

Nos Applications

04/02/2021 9

A T E L I E R S M A 2 M 3 E T 4 M A R S 2 0 2 1

L E S D R O N E S D E S U R F A C E … O U L A T É L É P R É S E N C E R A D I C A L E

Directeur de l’Unité Navires et Systèmes Embarqués au sein de la Direction de la Flotte OcéanographiqueChef du projet de construction du Polar Pod

11

Ø Intégration des USV ’S au sein de la Flotte – pourquoi?

Ø Quelques exemples d’application

Ø Les collaborations en cours

Les USV’s sont arrivés à maturité et doivent s’inscrire dans le paysage de la Flotte

Elle pourrait se doter une flottille d’USV’s, pouvant opérer en meutes, afin de densifier ou régulariserl’échantillonnage de mesure. Cette transformation impacterait en profondeur l’acquisition de la donnée et sa densité,et structurellement la gestion de la flotte

12

Et :

Ø Réduction de l’impact environnemental :

Un des objectifs affichés pour le renouvellement de la Flotte avec une réduction min de 30% de laconsommation

Emission CO2 d’un navire de 50-100m par jour = 100 drones de type DRIX/jour

Ø Optimisation du coût des campagnes

1 journée du Pourquoi pas? = au minimum 1 journée avec 15-20 dronesCoût de maintenance d’un navire de 50-100m = 100 drones de type DRIX

Le drone USV :

Ø un outil imparfait mais qui remplit une mission que l’on ferait pas autrementØ un outil de remplacement du navire pour certaines missionsØ un outil qui vient en complément du navire

13

La FOF cherche à :

Ø Connaître les potentialités techniques des USV’s (charges utiles, stabilité, vitesse, consommation, fiabilité….)

Ø Acquérir des compétences sur les briques technologiques

La FOF développe trois collaborations/échanges :

Ø IXBLUE/H2X sur le DRIX 40

Ø SAILDRONE sur le SURVEYOR

Ø SHOM sur le DRIX 7m

Tout commandant se doit d’éviter celaPolar Pod : une réponse adaptée mais une plateforme très spécifique et peu souple d’usage

Exemple des études Echange Océan-Atmosphère en océan Austral – Utilisation d’un drone en l’absence d’autre solution.

SAIL DRONE : Le compromis – Il est allé sur zone mais les mesures sont probablement imparfaites

SAIL DRONE le tour de l’Antarctique dans l’Océan Austral

04/02/2021 15

q Départ de Nouvelle Zélande le 19/01/2019, q Retour le 3 aout 2019q 196 jours de navigationq 11879 miles parcourus à 2,53 nœuds de moyenneq Navigation en partie au-delà de 60°Sq Vent 70 knots, 15 m de vagues

q 10 ans de développementq Tentative en 2015 et en 2017 échouées

SAIL DRONE : Le compromis – Il est allé sur zone mais les mesures sont probablement imparfaites

q 7m de long, 750 kgq Quille de 2,5m, mât de 5mq Autonomie limitée par le fouling soit environ 12m

q Superviseur à terre par lien satelliteq Navigation autonome par way pointsq Navigation en sécurité : AIS, réflecteur radar, projecteurs, caméras

embarquées

Collaboration PMEL (NOAA) / Saildrone pour le développement des drones depuis 2014

Recherche sur les échanges océan-atmosphère

Des missions de 5, 6 et 8 mois en autonomie en meute (2 à 4 Saildrones) dans le pacifique équatorial en 2019

04/02/2021 16

Comparaison des mesures entre le Saildrone et le NO

Objectif : Remplacement du navire par un drone de surface

Mission conjointe avec le navireObjectifs :

Enrichir les données acquises par le navire par un engin autonome et explorer les zones interdites au navire

5 Saildrones sur la côte Ouest des USA combiné au RV Reuben Lasker pour l’évaluation des stocks de poisson

5000 milles parcourus au total

04/02/2021 17

04/02/2021 18

Coopération de la FOF avec les industriels/académiques

Ø Qualification du SURVEYOR (22m) de SAILDRONE

Collaboration SAIDRONE – Université du NewHampshire – MBARI – IFREMER pour laqualification du sondeur multifaisceau et lacomparaison des données avec le NO Thalassa

Malheureusement enstandby pour raisons sanitaires

04/02/2021 19

Développement du DRIX 40

Projet SEMNA : Développement du DRIX 40

Collaboration sur les aspects poste de contrôle, autonomie marine collaborativeet qualification

Ø Labellisation du Pôle Mer Méditerranée endécembre 2020

Ø Instruction du CORIMER en cours

Ø Partenaires : IXBLUE, FORSEA, IFREMER,ENSM et DONECLE

Objectifs : Démonstration technico/scientifico/opérationnelle

04/02/2021 20

Missions d’évaluation de deux DRIX par le SHOM en septembre 2020

Evaluation avec 1 et 2 DRIX 7m

Ø ManutentionØ DisponibilitéØ NavigationØ Qualité des données et rendementØ AutonomieØ Dimensionnement des équipes

04/02/2021 21

Equipements du SURVEYOR

04/02/2021 22

Merci….

PROFILEURSOCEANOGRAPHI

QUESDE L’ IFREMER

P r é s e n t é p a r X a v i e r A N D R É

4 f é v r i e r 2 0 2 1J o u r n é e s S M A 2 M

24

Plan

Cadre &fonctionnementGamme

© G

ena

vir/

Ma

rtin

MA

UPA

S

Perspectives

25

Objectifs scientifiques©

IPC

C

Circulation océanique

Echanges mer / atmosphère

© O

cean

clim

ate.

org

Impact de l’océan sur le climat

© O

cean

clim

ate.

org

Etalonnage satellites océano

© C

NES

26

Fonctionnement d’un profileur

© TGIR Euro-ARGO

27

© L

OPS

/ K

évin

BA

LEM

Le réseau ARGO

30 pays

Créé en 2000 Carrés de 3° lat./long.

> 3000 profileurs

28

Données libres et gratuites

> 3600 publications depuis l’an 2000

1 publication scientifique par jour depuis 2014

Impact scientifique

29

Plan


© G

ena

vir/

Ma

rtin

MA

UPA

S

Perspectives

30

Articulée autour de 4 produits principaux

Contexte très industrialisé, TRL élevé

Gamme des profileurs

31

Gamme des profileursProvor

© Ifremer

Forte capacité d’emport de capteurs externes

> 1000* Provor déployés

* Sources : JCOMMOPS, 21/01/2021

32

Arvor

© Ifremer/Olivier DUGORNAY

Profileur le + déployé au monde en 2018 & 2019

> 1750* Arvor déployés



> 110* Deep-Arvor déployés

33

Deep-Arvor

© Ifremer/Patrick ROUSSEAUX * Sources : JCOMMOPS, 21/01/2021


34

Provor-BGCConçu par NKE instrumentation sur base ProvorBGC : bio-géo-chimique

© Ifremer

Base : Provor

> 210* Provor-BGC déployés



35

Plan


© G

ena

vir/

Ma

rtin

MA

UPA

S

Perspectives

36

2000 2010 2020 2030Core-Argo Core-Argo

+ expérimentations deep & BGCCore-ArgoDeep-ArgoBGC-Argo

Projets en cours :o Deep-6000o Capteurs BGC + diversification de la plateformeo Déploiement autonome/récupération

Perspectives

37

MERCI POUR VOTRE ATTENTION !

QUESTIONS ?

Contact : [email protected]

© If

rem

er /

Oliv

ier D

ugor

nay

O B S E R VAT O I R E S E N P O I N T F I X E

AT E L I E R S M A 2 M – 3 & 4 F É V R I E R 2 0 2 1

Jérôme BlandinIfremer REM/RDT/SIIM

[email protected]

Pourquoi observer en point fixe ?Permanence de l’observation & longues séries temporelles

appliquées auxà Besoins de recherche scientifique développés hier,

mais aussià Etudes et surveillance du milieu en lien avec l’industrie:

• Pétrole et gaz en mer• Exploitation minière profonde• Energies marines renouvelables• Pêche et aquaculture

à Réseaux d’alerte (aléas géologiques)

39Atelier SMA2M – Etat de l’art des plateformes et systèmes de mesure autonomes existants – Observatoires en point fixe – Blandin, 4 février 2021

Sensor/Instrument

Instrument provider

Instrument operator

Platform operator

Platform provider

Marine platform /Marine infrastructure /

Site Facility

IT Infrastructure

Quality controller

IT infrastr. provider

End user

Reference

Pre- and post-calibration,

Implementation procedures

Platform design

Operational procedures QC procedures

Data/metadata format

Chaîne de production de données d’observation océaniques en point fixe

Comment observer en point fixe ?


Sur le fond de merEx. MARHA

Profondeur 1000 mPremière installation 2021 Charge embarquée: CTD, turbidimètre, DO, ADCP, Caméra HD, piège à particulesPériode maintenance: 12 mois (N/O Thalassa, HROV Ariane)

De manière autonome en énergie, sans lien de communicationDans la colonne d’eauEx. Mouillage DYFAMED

…/…Image Ifremer

Mouillage Dyfamed

04/02/2021 42

Profondeur: 2300 mExtension verticale utile: 1820 mSéries de données depuis 1998CTD, DO, courantomètres, pièges à particulesPériode de maintenance: 12 mois (N/O Thétys II)



Sur le fond de merEx. Seamon EMSO Açores

De manière autonome en énergie, avec lien de communication <-> terreDans la colonne d’eauEx. EMSO Hellenic Arc

…/…

Profondeur 1700 mSéries de données depuis 20101 station géophysique (sismomètre, Digiquartz)1 station écologie benthique (Caméra HD, DO, turbidité, Fe)Période maintenance: 12 mois (N/O Ppas? ou Atalante /

ROV Victor ou HOV Nautile)Opéré par Ifremer – CNRS/IPGP

Hellenic Arc

04/02/2021 44

Profondeur: 1670 mExtension verticale utile: 1000 mSéries de données depuis 2007CTD, DO, courantomètres, turbidité, Chl-aPériode de maintenance: 6 mois (R/V Aegaeo)Opéré par HCMR



Sur le fond de mer

Grâce à un câble en fond mer

Ex. Réseau DONET[…]

04/02/2021 46

Réseau d’alerte séismes/tsunamisDONET1

En opération depuis 2011Câble de 320 km22 points d’observationProf. max 4300 m2 forages instrumentés

DONET2En opération depuis 2016Câble de 500 km29 points d’observation

CapteursAccéléromètres (mouvements forts)Sismomètres large bandeJauges de pression absolues et différentiellesThermomètres



Dans la colonne d’eau

Ex. Mouillage Albatross

Grâce à un câble en fond mer

Instrumented Interface Module (MII)

Ligne Albatross

Co

mm

. in

du

ctiv

eC

om

m. i

nd

uct

ive

Profondeur: 2500 m

Extension verticale utile: 1750 m

Séries de données depuis 2016

CTD, DO, courantomètres

Période de maintenance: 12 mois (N/O Thétys II)

Opéré par CNRS/DT-INSU

Evolutions de l’observation en point fixe


Besoins généraux (à consolider à la faveur du présent atelier)

Étendre couverture spatialegamme des paramètres observésinteropérabilité entre infrastructures d’observation

(capteurs, plateforme, accès aux données, maintenance…)Diminuer coûts annuels d’opérations

empreinte environnementaleAugmenter capacité de décision in situ

capacités de communication océan - terre

Evolutions de l’observation en point fixe


Technologies clés, en cours d’évolution (hors capteurs)

Communication et transfert de puissance sans filCommunication et transfert de puissance le long des câbles de mouillageGénération et stockage d’énergie sous la merDocking de véhicules sur installations permanentesCapacité de traitement de données embarquéeMatériaux

Coopération avec engins mobiles

50

USVs à Communication avec la terre, extension spatiale

AUVs à Extension spatiale, communication étendue

Gliders à Extension spatiale, calage métrologique

Engins à chenilles (crawlers benthiques) à Extension spatiale

Atelier SMA2M – Etat de l’art des plateformes et systèmes de mesure autonomes existants – Observatoires en point fixe – Blandin, 4 février 2021

Ré

sid

en

ts Copyright Patrick Rousseaux 2020

Courtesy of Teledyne Webb Research

Image courtesy of Transmark Subsea

Bathybot - Copyright Christian Tamburini

ROVs à maintenance moins chère (?) à faible empreinte carbone (?) …/…

Vers une maintenance sans navire ??

51Image courtesy Oceaneering

Image courtesy Oceaneering

Atelier SMA2M – Etat de l’art des plateformes et systèmes de mesure autonomes existants – Observatoires en point fixe – Blandin, 4 février 2021

Energy Data

Merci de votre attention

52

Les Sous-Marins Autonomes AUV en 10 minutes !

A. qu’est-ce qu’un véhicule autonome

B. fonctionnalités, capteurs, équipements

C. concepts d’engin

D. concepts de déploiements

04/02/2021 53Jan OpderbeckeSM2AM - 04/02/21

Qu’est-ce que c’est qu’un véhicule sous-marin autonome ?

1. Il est piloté par une machine embarquée (pas de humain)- fonctionnement d’automate dans la 1ière génération, comportements pour la sécurité et pour le suivi de fond- évolution vers des missions avec une véritable capacité décisionnelle

2. Il n’a pas de lien physique avec la surface & il possède un stockage d’énergie embarqué- en option positionnement et communications- puissance propulsive & « hôtel », puissance pour trajets surface-fond, puissance pour charge utile

3. Mais … quid de la supervision, de la communication et du positionnement par un navire ?- navigation et géo-référencement des données - retour d’information durant la plongée, moyens d’interactions via modem acoustique

04/02/2021 54Le glider est-il un AUV ?

L’AUV est-il intelligent ?

Quelles fonctions et quels équipements

55

Topographie et nature des fond

Sonar latéral

Sondeur multifaisceaux

Magnétométrie

Caméra optique

Sonar à antenne synthétique

Système de photogrammétrie

LIDAR

Analyse sédiments & sous-sol

Réflectivité fond

Sondeur de sédiment

Réflectivité colonne d’eau

Capteur redox, méthane

Échantillonnage sédiment

Mesures in-situe, spectrométrie…

Mesures colonne d’eau

ADCP & turbidité

paramètres physiques

paramètres biochimiques

Sondeurs de pêche

Acoustique passive

Gravimétrie

Prélèvement d’eau

BioluminescenceTRL /

maturité1000W 1W

Les concepts de déploiement: une clé pour l’usage des AUV

57

AUV individuel

Sur navire

(AUV de survey)

Depuis la terre

(AUVs portables faible fond)

AUVs multiples

(MBARI, Ocean infinity)

Sous la glace…

(grands et petits)

TRL /

maturitéMeute coopérative

Flottille hétérogène

(projet Morph)

Flottille homogène

(projet Mélodie)

Essaim

(projet SpiceRack)

Déploiement résident

Capacité mise en veille

(long range AUV, SpiceRack, Bathybot)

Structure « docking »

(Oceaneering, Naval Group, WHOI, Ifremer)

04/02/2021 59

Merci !

Atelier S M A 2 M Vecteurs et plateformes autonomes pour ...

Documents

Transcript of Atelier S M A 2 M Vecteurs et plateformes autonomes pour ...