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Robotic subsea exploration technologies

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Un robot plongeur à la pointe de la technologie analyse les richesses minérales de la Terre au fond des océans

À des profondeurs océaniques atteignant parfois 6 000 m, la Terre révèle des formations de minéraux et de métaux précieux, parsemant le paysage. Le tout premier robot autonome d’exploration des grands fonds marins, doté de capacités d’identification et d’analyse in situ, va bientôt étudier attentivement ces richesses en vue d’une utilisation potentielle dans les voitures électriques et bien d’autres domaines.

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Les grands fonds constituent un trésor largement inexploré, recelant des encroûtements cobaltifères, des nodules de manganèse et des sulfures massifs polymétalliques sous-marins. Ces formations pourraient offrir une contribution significative pour satisfaire des demandes en plein essor en ce qui concerne l’électronique et les technologies reposant sur les métaux rares et coûteux. Le marché mondial de l’exploitation minière des fonds marins devrait passer d’environ 650 millions de dollars en 2020 à 15,3 milliards en 2030. L’ambitieux projet ROBUST, financé par l’UE, a mis au point un système robotisé autonome de prospection et d’analyse qui soutiendra cette croissance tout en protégeant l’environnement. Il s’agira également d’un outil précieux pour les campagnes de recherche océanographiques.

Lumières (laser), caméra, action!

L’exploration actuelle en eau profonde des nodules polymétalliques consiste à prélever des échantillons bruts dans les fonds marins à l’aide de véhicules télécommandés (ROV) reliés à des navires d’exploration. Les échantillons sont remontés à la surface pour être analysés dans le cadre d’un processus long, coûteux et inefficace. ROBUST a pour objectif de rendre l’exploitation minière des fonds marins rentable et respectueuse de l’environnement. Les encroûtements de ferromanganèse et les nodules de manganèse sont riches en nickel, cuivre, cobalt, lithium, molybdène, manganèse ainsi qu’en terres rares, des éléments importants sur le plan industriel, alors que les sulfures massifs sous-marins sont riches en cuivre, zinc, fer, or et en dépôts minéraux de sulfures riches en argent. Graham Edwards, coordinateur du projet, explique: «Nous utilisons un véhicule sous-marin autonome (AUV) afin de déployer un système laser sur mesure capable d’identifier les nodules de manganèse situés à 300 m de profondeur. Nous avons également développé un système LIBS (spectroscopie à dégradation induite par laser) qui intègre des capacités de détection in situ automatisées des nodules de cuivre, de manganèse et de zinc, ainsi que des sulfures massifs sous-marins. Ce système LIBS puissant est ainsi capable d’identifier, sur place, des cibles exploitables d’importance critique.» Non seulement ces systèmes font intervenir des technologies de pointe, mais ils doivent également fonctionner dans un environnement sous-marin extrême. En arpentant les fonds marins, le système ROBUST dresse des cartes 3D à partir des données obtenues grâce à une combinaison d’hydro-acoustique, de scanners laser et de photogrammétrie. «Un algorithme de reconnaissance de formes basé sur un réseau neuronal convolutif détecte les nodules de manganèse en temps réel. Lorsque l’AUV se trouve à quelques mètres de la cible, les caméras embarquées déclenchent un relevé précis du positionnement du véhicule», explique James Essien, chef de projet. Une fois que l’AUV se trouve au-dessus de la cible, son UVMS (système de manipulation de véhicule sous-marin) lui permet de placer le dispositif LIBS intégré pour une analyse chimique optique, sans contact et in situ en temps réel. Un mécanisme de laser à double impulsion augmente la puissance du signal. «La première impulsion provoque l’apparition d’une cavité gazeuse et la seconde impulsion permet d’obtenir un état excité plus chaud, pendant une plus longue durée, le spectre acquis permettant d’identifier le nodule», explique James Essien. Installé sur un ROV, le système LIBS a fonctionné à des profondeurs océaniques dépassant les 4000 m.

Aller de l’avant – et vers le fond

James Edwards résume: «Les experts en prospection minière sous-marine peuvent s’attendre prochainement à des coûts moins élevés pour les études des fonds marins, à des résultats plus précis pour les mesures in situ et à un impact environnemental négligeable en ce qui concerne leurs activités.» Alors que la technologie est proche de la phase finale d’essais et de sa finalisation, l’équipe a élaboré un plan d’affaires pour inviter les sociétés minières commerciales et les organismes de recherche océanographique à embarquer pour un voyage à la recherche des minéraux des fonds marins.

Mots‑clés

ROBUST, haute mer, AUV, laser, manganèse, LIBS, minéral, océan, exploitation minière, robotique, sous-marin, sulfures massifs sous-marins, cobalt, métal, spectroscopie à dégradation induite par laser, réseau neural convolutif

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