Des robots marins pour détecter les ondes sismiques
Traditionnellement, les sondages acoustiques sismiques sont réalisés à l’aide d’un navire qui remorque un certain nombre de flûtes sismiques ou streamers (des câbles flexibles équipés d’hydrophones) et d’une ou plusieurs sources acoustiques. Ces sources acoustiques puissantes génèrent des ondes sismiques sous la surface de la terre, qui sont ensuite détectées par les hydrophones quand elles ricochent sur les formations souterraines. Les flûtes sismiques sont en général extrêmement volumineuses et leur pilotage précis est par conséquent compliqué. Des développements récents ont montré qu’il y avait là un énorme potentiel pour des groupes de robots marins capables de coopérer, ce qui pourrait améliorer de manière radicale l’exploration et l’exploitation des océans. Étendre et améliorer les fonctionnalités actuelles des systèmes robotisés marins coopératifs a donc été le principal objectif du projet financé par l'UE WiMUST. Le projet a réuni un groupe constitué d’instituts de recherche, d'entreprises de prospection géophysique et de petites et moyennes entreprises disposant d'une expertise dans les domaines des systèmes autonomes, de la robotique marine, de la communication, de la navigation et du contrôle coopératif. Une colonie de robots sous-marins autonomes Les recherches ont mis l’accent sur la conception d’un ensemble distribué de robots sous-marins intelligents capables d’effectuer la prospection acoustique sismique. «Le grande nouveauté de WiMUST est le recours à des robots marins pour collecter les données sismiques, en lieu et place des sources et des streamers remorqués conventionnels. Le concept du projet était de développer une équipe de robots marins autonomes coopératifs, agissant comme des nœuds intelligents de détection et de communication au sein d’un réseau mobile acoustique reconfigurable, capables de partager des informations et de mener collectivement des campagnes de prospection géophysique,» note le Dr Giovanni Indiveri. Les équipes de robots autonomes transportant les sources acoustiques et équipés de capteurs acoustiques peuvent remplacer les systèmes classiques d’acquisition des données sismiques remorqués en découplant la source acoustique à partir des récepteurs. Cela leur permet de suivre la trajectoire voulue de manière plus précise, même en cas de perturbation de l’environnement externe. En d’autres termes, les véhicules sont équipés de flûtes sismiques avec hydrophones, donc le système en réseau global se comporte comme un vaste ensemble acoustique distribué destiné à l'acquisition de données acoustiques. En contrôlant activement la configuration géométrique des robots, il est possible de modifier la forme du réseau acoustique en fonction des besoins. «Cette flexibilité opérationnelle présente des avantages énormes dans la mesure où elle permet la collecte d’une grande quantité de données sur les fonds et les sous-sols marins avec une meilleure résolution. En outre, les opérations en mer seront facilitées par l’élimination des liens physiques entre le navire en surface et l’équipement d'acquisition de données,» explique le Dr. Indiveri. Contrôle de la communication L’architecture de communication de WiMUST permet de garantir que la position de chacun des AUV de la formation est connue avec une précision au centimètre, et que les horloges internes des véhicules sont synchronisées avec exactitude. Cela est crucial pour certifier que les données sismiques recueillies sont datées et localisées de manière cohérente entre les différents éléments de la formation, ainsi que pour déduire les positions relatives des véhicules aux fins de navigation et de contrôle. Les chercheurs ont travaillé sur la conception de nouvelles solutions pour synchroniser les horloges des AUV, outre les autres solutions destinées à permettre le transfert des données sismiques des AUV vers les stations de surface. Navigation, guidage et contrôle La navigation et le contrôle coopératifs des AUV et des ASC a été un élément clé pour garantir la performance du système WiMUST. L’équipe a mis au point des algorithmes de navigation et de contrôle coopératifs afin de piloter les véhicules de sorte que les ASC et tous les AUV dotés de streamers remorqués évitent les collisions et conservent leur configuration géométrique relative par rapport aux sources acoustiques. Un planificateur de mouvements génère des points de cheminement en fonction de la formation requise des véhicules pour optimiser la configuration géométrique des différents capteurs. Perspectives d’avenir En comparaison avec le système traditionnel de remorquage des streamers, un système robotique coopératif pourrait grandement simplifier les opérations en mer, réduisant à la fois le temps et les coûts des opérations de prospection. «Mesurer la position de centaines de nœuds d’enregistrement dispersés sur une zone de plusieurs kilomètres carrés, à un intervalle d'échantillonnage d’environ 10 secondes et avec une précision supérieure à 10 mètres reste un véritable défi,» note le Dr. Indiveri. Mais une fois que les obstacles techniques seront dépassés, le consortium WiMUST s’attend à ce que le recours aux robots autonomes pour l'enregistrement de données sismiques en mer trouve de nombreuses applications. Outre la prospection sismique, les résultats obtenus par WiMUST peuvent être exploités pour d’autres applications sous-marines comme les opérations de recherche et de sauvetage, la surveillance et le contrôle de l’environnement, le déminage, la détection des déversements et le repérage des fumées, l’archéologie, et la pêche.
Mots‑clés
WiMUST, véhicules sous-marins autonomes (AUV), robots marins, prospection sismique, hydrophone, remorquage de flûtes sismiques, navigation et contrôle
