Les véhicules sans pilote sont un élément clé de la lutte pour la protection des océans et des lacs.
De asrobiologistes et astronomes, notre terre est une planète océanique, un monde aquatique. Et c’est vraiment unique. Jusqu’à présent, c’est la seule planète composée de matériaux rocheux connue pour posséder de grandes quantités d’eau. La majeure partie de cette eau se trouve dans les océans qui couvrent environ les trois quarts de sa surface.
Au fil du temps, un large éventail d’activités humaines a bouleversé leur équilibre.
De même, au cours de milliards d’années, la grande majorité de l’eau sur Terre est devenue salée grâce à un processus d’érosion continu qui y introduit des produits chimiques en solution tels que le sodium. Mais ce n’était pas toujours comme ça. Les Grands Lacs qui lient et séparent le Canada et les États-Unis comptent parmi les plus grandes étendues d’eau “ douce ” de la planète. Bien que loin d’être primordiales en aucun sens, elles rappellent collectivement une époque où les vastes étendues d’eau étaient moins salées.
Eux aussi sont menacés.
Lorsque la première loi américaine sur l’eau potable a été adoptée par le Congrès, un sujet de préoccupation évident était en fait les Grands Lacs, qui étaient devenus un dépotoir pour les eaux usées non traitées et les produits chimiques industriels. Cinquante ans ont apporté de nombreuses améliorations, mais aussi des espèces envahissantes et des défis complexes tels que la prolifération d’algues et la croissance continue de la population autour d’elles.
Heureusement, les véhicules autonomes font maintenant des choses incroyables. Et même dans des situations qui nécessitent encore une présence humaine ou une cognition humaine, la barrière entre ce que les machines peuvent faire seules et ce qui nécessite une interaction humaine diminue.
ENTREZ AUVS
Hans W. Van Sumeren, directeur du Great Lakes Water Studies Institute du Northwestern Michigan College (NMC), met davantage l’accent sur les Grands Lacs. Il y a quelques années, il a été impressionné par Seabed 2030, la cartographie proposée des fonds océaniques du monde d’ici cette année-là, qui est menée conjointement avec la Décennie des sciences océaniques pour le développement durable des Nations Unies.
Néanmoins, il a demandé “ » Où les Grands Lacs s’intègrent-ils?”Il s’avère que les Grands Lacs n’avaient pas été inclus dans les plans pour les fonds marins à l’horizon 2030. Van Sumeren a donc décidé qu’ils méritaient un effort de leur part et a lancé Lakebed 2030, initialement sous les auspices de NMC et maintenant géré par le Système d’observation des Grands Lacs (GLOS).
GLOS a tenu un certain nombre de conférences et s’est rapidement développée, avec des efforts de cartographie en cours. Les véhicules sous-marins autonomes (AUV), en particulier les planeurs, sont devenus un outil crucial pour collecter de larges données sur les lacs, allant des niveaux d’oxygène et de la présence de chlorophylle au nombre et aux types de poissons.
”Dans notre programme, nous utilisons à peu près tous les types de technologies marines, des véhicules de surface autonomes aux ensembles de capteurs placés sur eux pour l’observation », a déclaré Van Sumeren. L’équipe de NMC déploie un véhicule autonome de Seafloor Systems de Shingle Springs, en Californie, équipé d’un sonar de la société norvégienne Kongsberg Maritime, pour poursuivre sa part de l’effort de cartographie. Le programme complète également l’autre passion de Van Sumeren: la formation de la main-d’œuvre “pour soutenir l’économie bleue et la technologie qui sera nécessaire à l’avenir.”
Que l’on regarde les lacs ou l’océan, a déclaré Van Sumeren, le fait est qu’aucun des deux environnements n’est bien étudié. “ Ce sont des environnements de données clairsemés.”
Seabed 2030 cherche à résoudre ce problème. Il s’agit en fait d’un projet collaboratif entre la Fondation Nippon et GEBCO (Carte Bathymétrique Générale des Océans). Les organisations espèrent inspirer la cartographie complète des océans du monde d’ici 2030. Ensuite, toutes les données bathymétriques résultantes seront mises gratuitement à la disposition du public via la carte océanique GEBCO. Dans un récent communiqué de presse, Kilaparti Ramakrishna, président du nouveau Groupe consultatif stratégique sur les fonds marins 2030, a déclaré“ « Il est très prometteur de voir des organisations internationales de premier plancombining combiner les ressources et travailler ensemble pour accélérer le rythme de la recherche au nom de la durabilité.”
AUTONOMIE EN MER — ET DANS LES LACS
Il existe deux principales façons dont les systèmes sous-marins sans pilote contribuent à la durabilité des océans, a déclaré Julia Filiberti Allen, Ph.D., scientifique en chef, autonomie et intelligence artificielle chez Saab, la société de défense et de technologie basée en Suède.
Le premier concerne l’utilisation des systèmes sous-marins dans la poursuite de la conservation des océans. ”Ces systèmes peuvent être utilisés pour nous aider à comprendre la santé de l’océan en mesurant diverses caractéristiques de l’environnement océanique telles que les populations de poissons, la teneur chimique de l’eau ou l’observation de la santé des coraux », a expliqué Allen.
La seconde est liée à la façon dont les systèmes sous-marins sont utilisés. Des systèmes sans pilote peuvent être utilisés pour mener des opérations qui contribuent à prévenir les dommages environnementaux; inspecter les infrastructures sous-marines (comme les oléoducs) ou effectuer des tâches de conservation telles que l’ensemencement de lits de coraux. Comme Allen l’a expliqué, ils peuvent également être utilisés pour une myriade d’autres applications, y compris l’observation, l’arpentage, la réparation et la maintenance.
“L’autonomie accrue et la résidence sous-marine aident à éliminer le besoin de support habité des systèmes, et en supprimant le besoin de support habité, éliminent également les déchets et l’empreinte carbone qui accompagnent le soutien à ces opérateurs en mer”, a ajouté Allen.
Elle cite l’exemple de l’AUV / ROV hybride Sabertooth de Saab, qui combine de nombreuses technologies utilisées par les véhicules sous-marins militaires et commerciaux de Saab. Ce véhicule peut être équipé d’une variété de capteurs et d’outils qui permettent une utilisation dans une gamme de tâches. Par exemple, a expliqué Allen, sa capacité à fonctionner à six degrés de liberté et à planer en position maintenue dans des courants difficiles en fait un excellent véhicule de relevé. En tant que système hybride, le Sabertooth alimenté par batterie peut fonctionner après une mission préprogrammée ou peut être commandé soit par une attache physique à fibre optique, soit par une “attache optique” utilisant des systèmes tels que BlueComm de Sonardyne. Fonctionnant à partir d’une station d’accueil sous-marine avec de l’énergie fournie et des données transmises à la rive, le Sabertooth peut s’installer dans une zone particulière pendant des mois à la fois pour effectuer des tâches d’échantillonnage environnemental sans nécessiter de soutien direct de l’opérateur en surface.
Sabertooth effectue déjà des inspections d’infrastructures sous-marines. Dans un avenir proche, Hibbard Inshore, une société de services sous-marins à Auburn Hills, Michigan, utilisera un appareil à dents de sabre équipé de l’Échosondeur Multi-faisceaux R2Sonic 2024, du scanner laser Voyis Insight Pro et du Profileur acoustique de poissons Zooplanctoniques ASL Environmental Sciences dans le cadre d’un projet financé par la NOAA dans le lac Michigan pour étudier les espèces de moules envahissantes. Le système imitera la conduite d’opérations sous la glace sans avoir la surface de l’AUV à tout moment pendant la période d’exploitation. Le projet est un précurseur des opérations réelles sous la glace prévues pour 2022. Au cours de cet événement, les opérateurs se baseront à terre pendant que Sabertooth opère à partir d’une station d’accueil dans le lac.
Sabertooth prévoit également de démontrer diverses tâches au début de 2022, en se basant sur une station d’accueil et en restant submergé pendant trois semaines lors d’une expérience au large d’Hawaï sur le site d’essai de l’énergie des vagues de la Marine américaine. Ici, le système d’alimentation autonome en mer C-Power SeaRAY fournira de l’énergie in situ, du stockage d’énergie et un transfert de données bidirectionnel entre les opérateurs Sabertooth et distants à terre, permettant des opérations autonomes et à distance. Sabertooth effectuera des inspections des infrastructures, étudiera les fonds marins et surveillera la vie marine dans la colonne d’eau.
AUTONOMIE ACCÉLÉRÉE
Il existe de nombreuses preuves que le processus d’amélioration de l’autonomie s’accélère. Selon une récente interview publiée dans Oceanus, Amy Phung, étudiante diplômée, inscrite dans un programme conjoint MIT / Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), voit l’évolution de l’autonomie se produire de plus en plus rapidement; elle imagine un avenir pas trop lointain où un scientifique pourrait utiliser un langage simple pour poser une question sur un véhicule autonome, comme: “La température affecte-t-elle les espèces de poissons dans cette région?”
Récemment, Phung a vécu à l’intérieur de cette évolution, interagissant avec le véhicule hybride télécommandé (HROV) Néréide sous glace (NUI) de l’institut à l’aide de deux contrôleurs et d’un casque de réalité virtuelle. Travaillant à distance dans le cadre d’une croisière de recherche de la NOAA, elle est capable de contrôler une activité de carottage au fond de la mer, à plus de 3 000 miles de son appartement à Cambridge, dans le Massachusetts. Ses travaux de fin d’études se concentrent sur l’automatisation des bras robotiques qui contrôlent l’échantillonnage, les rendant progressivement moins dépendants d’un humain pour accomplir une tâche. Elle envisage un avenir où les scientifiques pourront interroger une flotte d’UUV robotiques pour trouver le type d’échantillons nécessaires pour répondre à une question de recherche, sans nécessiter d’instruction supplémentaire.
Bien sûr, elle et WHOI ne sont pas les seuls à chercher à enseigner aux vieux chiens robotiques de nouvelles astuces robotiques. Au Royaume-Uni, deux autres projets démarrent modestement mais visent haut. Thales, principalement connu comme un sous-traitant de la défense, a fourni des technologies clés pour combiner la robotique, l’autonomie et l’intelligence artificielle afin d’empêcher les projets d’énergie verte offshore de se retrouver “en mer”, pour ainsi dire.
Sous les auspices de l’Offshore Renewable Energy (ORE) Catapult, une organisation axée sur l’énergie éolienne, houlomotrice et marémotrice, des tentatives sont faites pour automatiser davantage les tâches de maintenance offshore coûteuses et parfois dangereuses associées aux opérations d’éoliennes. La première étape consiste à mettre en œuvre une assistance robotique pour les humains. Mais la feuille de route vise à assurer une maintenance autonome et uniquement robotisée d’ici 2050.
Une phase de faisabilité de 4 millions de £ sur deux ans vient d’être achevée. Un ”navire-mère » appelé Halcyon, dérivé d’une conception de contre-mesures de mines de Thales, est équipé de caméras capables d’inspecter avec précision les aubes de turbine en fonctionnement, tournant au-delà du navire avec des vitesses de pointe allant jusqu’à 200 miles par heure.
La caméra peut détecter automatiquement de minuscules fissures ou des indications de foudre; si c’est le cas, Halcyon signale l’arrêt de la turbine. Dans une prochaine itération, Halcyon déploiera un drone pour transporter un “ robot de pale ” jusqu’à l’aube de la turbine pour effectuer des réparations.
Le système d’inspection optique capable de rester stable dans des environnements difficiles et projetés par des vagues est dérivé des travaux de défense de Thales. “De plus en plus, nous voyons les technologies liées à la robotique, à la détection de l’autonomie et à l’IA fournir des solutions permettant d’entreprendre des activités dans des environnements difficiles à l’aide de systèmes sans pilote”, a déclaré le Dr Paul Gosling, directeur technique de Thales au Royaume-Uni, sur le site Web de la société.
Un autre projet britannique avec une autonomie totale sur la chronologie est également lié à ORE Catapult, travaillant ici avec HonuWorx, une société de robotique sous-marine également située au Royaume-Uni. Ce projet vise également le maillon faible de l’entretien et de la maintenance des énergies renouvelables offshore: les humains.
Les navires de surface utilisés pour transporter les techniciens ne peuvent pas fonctionner par tous les temps, sont grands et consomment des quantités substantielles d’énergie fossile pour rester en station, et sont tout simplement coûteux à utiliser. L’alternative à l’étude est un vaisseau-mère submersible appelé Ridley qui transportera des ROVs et des robots sur les sites de travail, puis les relâchera sous l’eau pour commencer leur travail — sous le monde perturbateur des vagues et du vent.
C’est déjà un objectif ambitieux, mais l’accent est mis à plus long terme sur un vaisseau-mère plus capable et autonome, appelé Caouanne, qui fournira de l’énergie et des communications à un groupe de ROV et d’AUV. Ce projet vise à augmenter fortement l’utilisation des ROV et des AUV, actuellement limitée par le soutien disponible auprès des navires de surface avec équipage, ce qui pourrait les rendre encore plus rentables.
L’ajout d’un logiciel d’automatisation sophistiqué pour coordonner les systèmes ainsi que les communications par satellite et 4G ou 5G assurera la coordination et la supervision.
Dans une déclaration publiée, Lee Wilson, PDG et cofondateur d’HonuWorx, a expliqué que « HonuWorx a été fondée avec la vision d’accélérer l’adoption de la technologie de robotique sous-marine dans des secteurs vitaux tels que les énergies renouvelables offshore.”
UNE PLUS GRANDE CAPACITÉ
Alors que certaines entreprises s’attachent à rendre les DRONES encore plus autonomes et intelligents, d’autres voient un besoin immédiat de les rendre plus capables. SwissDrones, oui, basée à Zurich, en Suisse, en est un bon exemple.
Selon le PDG Ulrich Amberg, SwissDrones a identifié un besoin pour un DRONE avec des performances qui ressemblent davantage à un avion avec équipage traditionnel, mais avec les avantages de coût et de sécurité d’un « drone.”
Pour répondre à ce besoin, la société a conçu le drone VTOL à turbine SDO 50, qui peut effectuer de nombreuses tâches traditionnellement assignées à un hélicoptère habité avec des performances de turbine comparables, mais avec une réduction significative des coûts d’achat et d’exploitation. Bien entendu, il présente également l’avantage supplémentaire de fonctionner de manière autonome dans des conditions jugées trop dangereuses pour les opérations en équipage, telles que le vol de nuit et les intempéries. « Le SwissDrones SDO 50 est très bien adapté aux opérations à longue distance, à terre et en mer », a déclaré Amberg.
Pour les missions de surveillance de l’environnement maritime, SwissDrones utilise des capteurs compatibles avec l’IA qui peuvent être plus intelligents et donc plus efficaces. Par exemple, avec le traitement embarqué, une plus grande surface peut être inspectée et fouillée par rapport aux solutions standard. Avec cette technologie, le système peut scanner une étendue d’eau de manière très systématique à l’aide d’algorithmes d’IA, d’apprentissage automatique et de réseaux de neurones formés spécifiquement pour détecter ce que l’opérateur recherche, a déclaré Amberg. Cela pourrait être de la pollution, découverte à l’aide de capteurs renifleurs de soufre, ou la détection de navires menant des activités illégales telles que le déversement de déchets ou la pêche illégale. L’utilisateur basé à terre ou sur un navire envoie les coordonnées des cibles d’intérêt au cardan vidéo d’un simple clic sur l’interface utilisateur. Cela permet aux opérateurs de passer leur temps à se concentrer sur les cibles importantes et à prendre des décisions plus rapides.
Outre les applications maritimes, la plate-forme peut également être configurée pour transporter différents types de capteurs de rayonnement, y compris des détecteurs de rayonnements gamma, un détecteur de scintillation en plastique (polystyrène) à module haute sensibilité et un détecteur de module neutronique. La liaison de données à large bande passante sur le SDO 50 permet de transmettre des données en temps réel à la station au sol, pour fournir une vue d’ensemble simultanée des sources de rayonnement (imaginez un rôle dans un accident de réacteur comme Fukushima ou dans un accident impliquant une cuve à propulsion nucléaire). Et bien sûr, a noté Amberg, le grand avantage d’un système aéroporté sans pilote est la capacité de garder les gens hors des environnements dangereux.
Une autre application du SDO 50 consiste à ajouter une charge utile de détection de méthane par laser pour identifier les fuites de gaz, par exemple à partir d’un pipeline ou d’une plate-forme de forage. De nombreux autres ensembles de capteurs sont disponibles sur le marché, notamment OGI (imagerie optique des gaz), hyperspectral et LiDAR.
“Avec un récepteur GPS intégré, ces systèmes peuvent détecter avec précision les fuites de méthane des structures des pipelines lors de leur survol”, a poursuivi Amberg. Selon la hauteur et la vitesse des vols, la sensibilité au seuil varie de 150 à 5 parties par million.
Une approche de plate-forme similaire est proposée par L3Harris, le fabricant de véhicules maritimes sans pilote et autonomes situé à Melbourne, en Floride. La famille d’AUV Iver de la société représente une génération de plates-formes, avec plus de 15 ans de développement et plus de 350 systèmes Iver livrés, a déclaré Rick Williams, RDML (Ret), directeur du développement commercial, systèmes de surface et souterrains sans pilote. Leurs points forts, a-t-il déclaré, incluent la possibilité d’intégrer facilement divers ensembles de capteurs en fonction de la mission et de basculer entre les chimies énergétiques “afin que l’opérateur puisse composer ou réduire l’endurance du véhicule.”
Williams a déclaré que plus de la moitié des déploiements étaient destinés à des applications liées à la défense, mais que les systèmes avaient des bases commerciales et avaient élargi leur influence dans les études environnementales.
Iver réduit les risques pour la vie humaine, améliore la flexibilité opérationnelle, augmente la capacité et enrichit les données en termes de rapidité, de qualité et de volume dans une gamme d’applications à un coût réduit.
Cela se résume à un gros avantage, a déclaré Williams: Ces systèmes sortent l’humain d’un environnement dangereux et fournissent une distance d’arrêt supplémentaire pour les plates-formes habitées.
