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RÉSUMÉ
Cet article présente les principales catégories de robots marins et sous-marins, en précisant leurs domaines d'application ainsi que les aspects technologiques et scientifiques associés. L’article dresse ensuite l’inventaire des moyens de localisation, de perception et de communication, et en résume les caractéristiques techniques essentielles. La troisième section établit le modèle dynamique des véhicules sous-marins et détaille les phénomènes et forces en jeu. Enfin, trois approches de commande sont proposées et comparées expérimentalement.
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Vincent CREUZE : Professeur des universités – LIRMM, université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France
INTRODUCTION
Les robots marins connaissent un développement important depuis plusieurs décennies. Ils ont acquis une maturité technique incontestable, qui permet leur utilisation dans de nombreux domaines, en particulier dans l’industrie pétrolière et gazière, pour des applications militaires (surveillance, déminage, etc.) ou encore pour la recherche scientifique (océanographie, biologie, archéologie, etc.). Cet article propose un tour d’horizon des principales familles de véhicules marins ou sous-marins (USV, AUV, ROV, glider, robot voilier, robot bio-inspiré, profileur, etc.), ainsi qu’un descriptif détaillé des matériels utilisés pour leur localisation, leur perception ou leur communication. Pour chaque catégorie de matériel, les principes de fonctionnement sont rappelés et les notions techniques indispensables sont résumées, afin de permettre au lectorat de sélectionner correctement les matériels adaptés à son application.
Cet état de l’art technologique est suivi d’une présentation des outils scientifiques permettant de contrôler les véhicules marins : la modélisation et la commande. Le modèle présenté est celui, largement utilisé, défini par la SNAME (Society of Naval Architects and Marine Engineers). Basées sur ce modèle, trois lois de commande sont présentées, ainsi que leurs principes de réglage. Il s’agit de la commande PID, de la commande adaptative à retour d’état non linéaire, et de la commande en régime glissant. Des exemples illustrant leur utilisation sont présentés, et leurs avantages et inconvénients sont expliqués. Enfin, l’article se termine par une comparaison expérimentale des trois commandes présentées, appliquées à l’asservissement en profondeur d’un petit robot sous-marin. Cela permet d’observer les avantages et les limites des trois commandes proposées.
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- Version archivée 1 de sept. 2014 par Vincent CREUZE
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5. Aspects environnementaux
Concernant les véhicules de surface, la petite taille des robots et leur relative rareté limitent leur empreinte environnementale (pollution de l’air, pollution acoustique, etc.), d’autant que certains véhicules autonomes de surface ont pour source d’énergie exclusive le vent et le soleil. La pollution de l’eau est faible, voire inexistante (pas de rejets et recours non systématique à des peintures antifouling). Concernant les robots sous-marins, l’impact environnemental est encore plus limité, si l’on ne considère pas le navire accompagnateur et la source d’énergie utilisée pour la recharge des batteries. Par définition, les robots sous-marins sont totalement étanches et n’ont aucun échange avec le milieu extérieur, hormis s’ils sont équipés d’un ballast. Ils sont actionnés électriquement, ce qui limite la pollution acoustique (presqu’aucun son émis, dans le cas des gliders). Hormis pour défendre un territoire (rares cas d’attaques de requin, d’espadon, de congre, etc.), l’expérience montre que les poissons et les mammifères marins sont indifférents à la présence des robots. Leur curiosité les pousse même parfois à s’approcher des engins. La pollution lumineuse est momentanée, contrôlable et sa portée est limitée à quelques dizaines de mètres. Les sonars et altimètres utilisés par les robots émettent la plupart du temps au-delà de 200 kHz, donc à des fréquences qui ne sont pas audibles par les cétacés. Seuls les pingers, utilisés pour la localisation, produisent des sons audibles par les mammifères marins, qui s’en approchent volontiers par curiosité.
Au-delà de quelques centaines de mètres de profondeur, les moteurs et actionneurs sont remplis d’huile diélectrique pour travailler à équipression. En raison des compensateurs utilisés pour maintenir une pression légèrement positive dans l’actionneur, il existe un risque très faible de fuite, mais il est possible, si on le souhaite, d’utiliser des huiles biologiques. Ces dernières posent cependant parfois des problèmes de compatibilité chimique avec les matériaux utilisés pour les joints d’étanchéité et doivent donc faire l’objet de tests préalables.
La durée de vie d’un robot sous-marin est de plusieurs décennies et il peut être en grande partie recyclé en fin de vie.
Parmi les utilisations vertueuses des robots sous-marins, on peut mentionner qu’ils...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ORGANISATION MARITME INTERNATIONALE - Convention sur le règlement international de 1972 pour prévenir les abordages en mer (règlement COLREG), - (1972). https://www.imo.org/fr/about/Conventions/Pages/COLREG.aspx
-
(2) - PLUMET (F.), BRIERE (Y.), LE BARS (F.) - Les voiliers robotisés, - Techniques de l’Ingénieur (2018).
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(3) - JAULIN (L.), LE BARS (F.) - Characterizing Sliding Surfaces of Cyber-Physical Systems. - Acta Cybernetica, 24(3), 431-448 (2020). https://cyber.bibl.u-szeged.hu/index.php/actcybern/article/view/4060
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(4) - KHATIB (O.) et al - Ocean One – A Robotic Avatar for Oceanic Discovery. - IEEE Robotics & Automation Magazine, Vol. 23, n° 4, pp. 20-29, December 2016. https://doi.org/10.1109/MRA.2016.2613281
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(5) - BOYER (F.), GOSSIAUX (P.-B.), JAWAD (B.), LEBASTARD (V.), POREZ (M.) - Model for a sensor inspired by electric fish. - IEEE Transactions on Robotics, Vol. 52, 2, pp. 492-505 (2012).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Convention sur le Règlement international de 1972 pour prévenir les abordages en mer (Règlement COLREG), Organisation maritime internationale, 1972.
https://www.imo.org/fr/about/Conventions/Pages/COLREG.aspx
HAUT DE PAGE
Salon/conférence : SeaTech Week – Cet événement se tient tous les deux ans à Brest (France). Il rassemble plusieurs séminaires et workshops scientifiques et technologiques, ainsi qu’une exposition de matériels dédiés à l’industrie marine et sous-marine.
Salon/conférences : Oceanology International (Oi) – Cet événement se tient tous les deux ans à Londres (Royaume-Uni).
https://www.oceanologyinternational.com/
Conférence : OCEANS IEEE/MTS Conference – Organisée par l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) et la MTS (Marine Technology Society), cette conférence internationale se tient deux fois par an. Elle rassemble des présentations scientifiques et une importante exposition de matériels. La sélection des présentations scientifiques est faite uniquement sur résumé, ce qui ne permet pas d’en garantir la qualité.
http://www.oceansconference.org/
Compétition/conférence :...
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