Day 1

After a two-hour bus trip, ENSTA Bretagne 3^rd year hydrography and oceanography students as well as 3^rd and 2^nd year robotics students discovered the inviting weather conditions at Guerlédan.

But why do ENSTA Bretagne students head to Guerlédan lake each year?

Two weeks a year, this place is turned into a real-size test laboratory. The lake bed was documented the last time the lake was emptied, so hydrography and oceanography students can explore it using the techniques they have learnt, and check their findings against the available data. The Guerlédan lake also provides students with rich opportunities to explore maritime application of robotics, conduct experiments and hone their problem-solving skills.

What did ENSTA Bretagne students do during this first day?

Once on site 3^rd year students quickly started working on their respective projects, while the 2^nd year robotics students attended a lesson on inertial navigation systems.

After lunch, students got back to work. 2^nd year students kick-started their English podcast production workshops by making contact with the groups they will be reporting on all week.

A focus on “Isobath tracking with an Autonomous Underwater Vehicle” project.

Four robotics students are currently working on a torpedo-shaped underwater drone.

This drone is meant to follow an isobath and must be autonomous as it is immerged.

An isobath is an imaginary line or a line on a map or chart that connects all points having the same depth below a water surface – an ocean, a sea, or a lake.

A thruster located at the back of the Autonomous Underwater Vehicle allows it to move forward. Four other water pumps steer the drone. The motor of the drone has been fixed today, as it was defective.

Focus 2: The BOATBOT

The boatbot project consists in automating a motorized zodiac so it can draw a map of the seabed. The zodiac can already steer itself but has yet to be able to regulate its speed, which is what Erwann, David and Philipert hope to achieve by the end of this week. They are also exploring ways to adjust the length of the underwater probe in order to avoid collisions.

Boatbot has been designed to look for La Cordelière, a Breton battleship built in the fifteenth century, equipped with two hundred guns and manned by a thousand crewmen. It was part of Duchy of Brittany’ Navy and was destroyed during the battle of Saint-Mathieu: while the ship was in Brest hosting the celebrations of Saint-Laurent’s day, the English fleet was preparing a landing in Brittany, and the Cordelière was dispatched to intercept them. It was met by a larger English fleet, and fought valiantly against the British ship “Regent”, and both ships were destroyed after the Regent tried to board the Cordelière. It is estimated that two thousand men died in the battle, and among them were three hundred civilians still on board the Cordelière. All previous attempts to locate its wreck have been in vain and its location remain unknown in Brest bay.

Dans une brume qui s’épaissit…

Une nouvelle session commence pour le projet Guerlédan, dans la pluie, la brume et le froid de ce mois de février.

Les étudiants ont retrouvé leurs marques et poursuivent leurs projets dans le calme de la base nautique.

Les travaux réalisés dans le cadre du projet « Guerlédan » seront présentés le vendredi 8 mars à l’ENSTA Bretagne, Amphi 3 :

9h00 : Accueil

9h20 : Présentation générale des projets
9h30 : Couplage INS/LIDAR/Odométrie visuelle (Emilien Debonnet, Auriane Herbaut, Olivier Laurendin et Fabrice Poirier)
10h00 : Modèle continu multi-technique du barrage (Suzanne Caron-Sautejeau, Nolwenn Le Poulain et Lucile Ricard)

10h30 : Café

11h00 : Étude de la colonne d’eau à l’aide de capteurs acoustiques et océanographiques (Pierre Chabert, Pierre-Antoine Dumont et Tim Toomey)
11h30 : Suivi de trajectoires par un robot autonome pour la recherche d’épaves (Elias Aoun-Durand, Victor Bares et Romain Dussot)
12h00 : Caractérisation des fonds à l’aide d’un sondeur multi-faisceaux : analyse de la réflectivité (Corentin Cariou, Thomas Devaux et Bastien Verginella)

12h30 : Déjeuner

14h00 : Cartographie des habitats (Luca Arduini Plaisant, Clément Bertin, Léo Chaumillon et Camille Lassalle)
14h30 : Estimation de la bathycélérité par moyen acoustique (Jaouad Eddadsi et Gaspard Geoffroy)
15h00 : Drone pour la cartographie 3D (Sarah Delmas et Alexandre Houdeville)
15h30 : Intelligence artificielle pour la cartographie sans GPS (Alexandre Chojnacki, Elodie Noele et Abbas Ramadan)
16h00 : Suivi d’isobathe par un robot sous-marin (Antony Arslanyan, Maria Luiza Costa Vianna et Louis Valéry)

Vous trouverez plus d’informations sur les sujets abordés sur la page dédiée : http://guerledan.ensta-bretagne.fr/les_sujets_detudes/edition-2018-2019

Si vous souhaitez assister à ces soutenances, merci de remplir le formulaire suivant : goo.gl/sLdzCd

La dernière journée été consacrée aux ultimes expérimentations et au rangement du matériel. Les étudiants et les encadrants se sont ensuite préparés à reprendre la route vers Brest, en quittant les beaux rivages de Guerlédan.

Le groupe colonne d’eau a pu commencer à traiter les données acquises jeudi après avoir récupéré les marégraphes mis à l’eau en début de semaine.

Leur objectif est d’utiliser des moyens acoustiques dans le but d’analyser la biodiversité au sein du lac de Guerlédan.

Grâce à l’Ifremer, co-encadrant du projet, les étudiants ont à disposition pendant une journée des sondeurs monofaisceaux halieutiques de pointe, à différentes fréquences : Kongsberg EK80 (70kHz, 200kHz, 333kHz). Ces sondeurs ont la particularité de fournir une information acoustique précise de la position d’une cible dans leurs faisceaux (poisson, plancton, etc.), et de pouvoir être calibrés en niveaux. Ils sont aujourd’hui utilisés par l’Ifremer pour l’évaluation des stocks dans les eaux françaises.

Durant ce projet, les étudiants ont pu participer à la mise en place des sondeurs et à leur étalonnage sur sphère, accompagnés par l’Ifremer présent sur place. Ils ont ensuite réalisé le levé sur l’ensemble du lac de Guerlédan pour identifier les espèces présentes et leur disposition au sein de la colonne d’eau (couches diffusantes, thermocline, poissons dispersés, …). Ces mesures acoustiques sont complétées par des mesures de température, salinité, fluorimétrie, turbidité, ainsi que par des prélèvements au filet à plancton dans les différentes masses d’eau définies grâce aux mesures précédentes.

Pendant ce temps, le groupe INS/LIDAR a pu acquérir – après de multiples rebondissements – des données de qualité.

Cette étude, en partenariat avec iXblue, a pour objectif de pouvoir se passer de GPS pour recaler les données issues de centrales inertielles. En effet, les centrales inertielles sont des instruments indispensables à la mesure précise du mouvement d’un mobile (flottant, volant, roulant, ou marchant), mais ont la désagréable propriété de dériver au cours du temps. Pour cela, on utilise classiquement les informations de position d’un GPS pour recaler le système. Par contre, quand le GPS n’est pas disponible, il faut trouver une autre méthode. La solution proposée aux étudiants est d’utiliser un lidar volumique, qui balaye l’environnement sur 360° en continu et permet de mesurer le déplacement du porteur par rapport à la scène scannée.

Leur mission est de valider la méthode. Quoi de mieux qu’une équipe mixte robotique/hydrographe pour le faire, leurs compétences étant très complémentaires. Malgré tout, la centrale et le lidar ne se sont pas laissés faire et ont posé plein d’embûches à l’équipe de choc qui a su relever le défi.

Nous remercions nos partenaires l’AFHy, ECA, EDF, ENSG, Ifremer, Kopadia, MacArtney, l’École Polytechnique, QPS, Shom, Teledyne, TERIA, ainsi qu’iXblue avec la présence d’une ingénieur toute la semaine pour aider nos étudiants.

Aujourd’hui, nous avons accueilli les élèves de la classe de CE2-CM1-CM2 de l’école Guerlédan de Saint-Aignan. L’objectif de leur visite était d’éveiller leur curiosité aux sciences hydrographique et robotique et, pourquoi pas, susciter des vocations. L’exercice est intéressant car il oblige les étudiants à expliquer, par des mots simples et de manière synthétique, des problématiques pas toujours très accessibles pour les enfants !

Pour cela, différents mini-ateliers ont été proposés par les étudiants, grâce en partie au prêt de matériel pédagogique par l’association Exocéan (merci encore !).

Les enfants monopolisant le fil à plomb, les étudiants hydrographes durent se rabattre sur le sondeur multifaisceaux pour poursuivre leur travaux. Les sondeurs multifaisceaux sont aujourd’hui utilisés en grande majorité pour cartographier les fonds marins en fournissant une donnée de hauteur d’eau qui, géoréférencée et rattachée à une référence verticale (zéro hydrographique), permet de créer un modèle bathymétrique en 3 dimensions. La hauteur d’eau sous le navire effectuant le levé hydrographique est mesurée en calculant le temps aller-retour du signal acoustique envoyé par le sondeur. Ce temps d’arrivée permet donc de définir la valeur de la sonde (en mètre), qui servira au modèle numérique de terrain.

Cependant, une seconde information est fournie par le signal revenant au sondeur : son intensité. Cette intensité, que l’on appelle intensité rétro-diffusée (back-scatter en anglais, ou BS), est caractéristique du type de fond qui a été insonifié. Ainsi, pour chaque type de fond (vase, roche, sable, etc.) on obtiendra un signal rétrodiffusé différent. L’objectif du projet du groupe de caractérisation des fonds par méthode acoustique est donc d’effectuer un modèle numérique de terrain du lac de Guerlédan à l’aide du sondeur Kongsberg EM2040C, et d’analyser ensuite la donnée de BS, complémentaire à ce modèle, dans le but d’étudier la nature du fond du lac.

Durant les premiers jours de cette troisième édition du projet Guerlédan, les étudiants ont préparé et effectué le levé bathymétrique. Le traitement est toujours en cours à cause de problèmes techniques de masquage GNSS, cependant ils ont malgré tout eu le temps de s’initier aux méthodes de traitement des données de BS sur deux logiciels : Caris HIPS, et Sonarscope (Ifremer). À la fin de cette semaine de terrain, une carte géoréférencée des intensités rétro-diffusée par le fond sera disponible, et l’analyse des faciès sédimentaires pourra commencer.

Ce sujet est co-encadré par le Shom, partenaire du projet Guerlédan.

Pendant ce temps, du coté du barrage, une première série d’acquisition de vues stéréoscopiques du barrage a été réalisée sous le regard vigilant de nos collègues de l’ENSG.

Ces prises de vue, réalisées à partir d’une caméra munie de deux capteurs photographiques, vont permettre la reconstitution d’un modèle numérique du barrage. En effet  l’utilisation d’une caméra munie de deux capteurs séparés d’une distance connue rend possible la reconstruction de la perspective. Ce procédé, appelé photogrammétrie, est utilisé depuis des décennies pour la cartographie. Il est également très utile pour la modélisation d’objets ou d’ouvrages quelconques. L’avantage majeur de cette technique réside dans son faible coût, comparé aux outils plus classiques (lidar par exemple) utilisés pour la modélisation numérique de scènes  pour une précision peu dégradée.

L’objectif du groupe d’étudiants roboticien utilisant cette caméra est dans un premier temps de la coupler et la synchroniser avec un GPS pour le positionnement précis du modèle numérique reconstitué, puis d’équiper le drone de surface Helios de ce système pour la cartographie et l’auscultation d’ouvrage.

Nous remercions nos partenaires l’AFHy, ECA, EDF, ENSG, iXblue, Kopadia, MacArtney, l’École Polytechnique, QPS, Shom, Teledyne, TERIA, ainsi que l’Ifremer qui a participé aujourd’hui aux levés acoustiques halieutiques sur la Panopée.

Troisième jour au pays de Guerlédan, et déjà le soleil laisse sa place aux nuages et aux premières gouttes de pluie. Cela n’a pas empêché de poursuivre les expérimentations, ni la venue du Directeur de l’ENSTA Bretagne qui a pu échanger avec chaque groupe d’étudiants.

Le Directeur a également pris part à un levé bathymétrique avec deux étudiants du groupe de bathycélérité, qui après deux jours de codage informatique, ont enfin eu accès à la vedette Panopée.

Leur objectif : enregistrer des données du sondeur multifaisceau leur permettant de valider l’algorithme juste programmé. Ce dernier est une méthode innovante proposée par iXblue pour estimer le profil de célérité sonore du lac directement à partir des mesures d’un sondeur multifaisceau.

Ce profil est indispensable à l’obtention d’un modèle numérique de terrain de qualité, mais il est mesuré actuellement en descendant un capteur dédié à grande profondeur, ce qui peut être fastidieux. Le nouvel algorithme devrait rendre l’opération plus aisée. À présent, tout est prêt pour comparer la nouvelle méthode en situation réelle par rapport à l’état de l’art.

Le Directeur a aussi pu apprécier l’évolution de quelques robots sur le lac, dont le robot voilier autonome BRAVE qui a remporté la WRSC (World Robotic Sailing Championship) en 2018 à Southampton.

On le retrouve de nouveau à Guerlédan où trois étudiants ont pour objectif de naviguer « à l’ancienne » sans GPS. La mission est de rejoindre une position éloignée du point de départ du bateau en utilisant seulement une boussole et une caméra. En naviguant de bouée en bouée, dont leur position est connue, une stratégie doit permettre de garantir la détection des bouées suivantes par caméra.

La navigation entre les bouées s’effectue uniquement sur un suivi de cap, déjà implémenté par les élèves dès les premiers jours. Au préalable, il était nécessaire de s’initier au montage du voilier et à découvrir quelques notions de navigation à voile, notamment la manière de naviguer selon la direction du vent.

Une prise en main du suivi de waypoints, déjà implémenté et se basant sur le GPS, a permis de réaliser les premières missions autonomes. Pour des raisons de sécurité, une manipulation du voilier par radiocommande permet de reprendre la main si nécessaire. La direction du vent, actuellement mesurée par un capteur embarqué, pourrait par la suite être estimée avec des techniques actuelles de Deep Learning en se basant sur les données de la centrale inertielle et la détection d’une bouée afin de s’affranchir du capteur de vent.

Ce projet s’inscrit dans le cadre des travaux de thèse de Thibaut Nico (ECA Robotics).

Nous remercions nos partenaires l’AFHy, ECA, EDF, ENSG, Ifremer, iXblue, MacArtney, QPS, SHOM, Teledyne, TERIA, ainsi que l’entreprise Kopadia, spécialisée dans les domaines de l’inspection industrielle sous-marine et les mesures d’impact environnemental, qui participe au projet Guerlédan en mettant à disposition un AUV présenté dans la newsletter de lundi. Ce mercredi, deux représentants de Kopadia ont fait le déplacement pour suivre les avancées du projet de suivi d’isobathe.

L’École Polytechnique est également présente pour la suite du projet FlyingFish, porté ici par deux étudiants de deuxième année.