Guerlédan

De nouvelles inspections du barrage ont été réalisées aujourd’hui dans le cadre d’un projet d’inspection de structures sous-marines. Avec le développement des éoliennes offshores, la surveillance régulière de telles installations devient un enjeu important. L’idée de ce projet est de réaliser, avec un robot sous-marin autonome, une inspection des structures immergées en utilisant l’architecture du site pour se repérer. Les signaux GNSS ne se propageant pas sous l’eau, l’utilisation de caméras optiques et de sonars devrait permettre de reconnaitre les structures et donc de retrouver où le robot est positionné sous l’eau.

Les robots sous-marins peuvent également travailler en équipe. Nous nous sommes intéressés au concept d’un robot sous-marin compagnon qui servirait à éclairer la zone de travail du robot principal ou à l’assister quand des manipulations complexes sont nécessaires. Une des difficultés est de ne pas emmêler les câbles lorsque ces robots sont reliés à la surface par un ombilical. Il faut également que le robot compagnon soit capable de suivre correctement les mouvements et les consignes du robot principal ce qui est un problème difficile sous l’eau et avec une faible visibilité.

L’acquisition des données de profondeur pour la fabrication de cartes marines va fortement évoluer grâce à l’utilisation de robots autonome. Le problème de localisation de ces robots est donc crucial. Pour améliorer la localisation du robot, un projet très innovant s’intéresse à l’analyse des zones que le robot aura vues deux fois, ce qui est souvent le cas pour garantir que toute une zone a été couverte. Si la trajectoire estimée du robot est cohérente, les mêmes choses doivent être observées la seconde fois que le robot passe sur une zone. Dans le cas contraire, il est possible de réestimer la trajectoire du robot et donc de l’améliorer. Différentes zones du lac ont été étudiées pour obtenir plusieurs types de fond et tester les limites des algorithmes.

Des marégraphes qui mesurent la hauteur d’eau ont été installés au fond du lac à des positions stratégiques. Ils cherchent à déterminer si des seiches sont présentes dans le lac de Guerlédan. Ce phénomène correspond à l’apparition sous l’effet du vent d’une onde particulière, comme de la houle, qui dépend de la forme du lac. Des capteurs de vents ont également été installés pour comparer les modèles aux données expérimentales.

Les DDboats ont progressé en autonomie cette semaine. En février prochain, un challenge avec les étudiants d’Erasmus Mundus MIR à Guerlédan consistera en plusieurs courses de bateaux autonomes. Les roboticiens de deuxième année ont affuté leurs algorithmes pour être les meilleurs. Au programme, il faudra effectuer des parcours entre plusieurs bouées ou passer par des portes à un instant précis. Cela requiert de prendre en compte la trajectoire, la vitesse du bateau ainsi que les paramètres environnementaux tel le vent.

Pour conclure cette première semaine sur le lac de Guerlédan, nous notons que la transmission de connaissances entre deuxième et troisième année a déjà bien commencé !

Aujourd’hui, nous avons redécoré le barrage de Guerlédan avec des mires. Ces disques noirs et blancs servent de référence pour recaler les images utilisées dans les algorithmes de photogrammétrie. Nous sommes montés en haut du barrage pour installer de manière précise ces mires en mesurant leur position à l’aide d’un GPS. D’autres mires ont également été installées sur la paroi du barrage.

Un ROV a également été déployé pour acquérir des images sous-marines en plus des images aériennes obtenues depuis un semi-rigide. Nous avons pu observer à 35m de profondeur, grâce au ROV, la vanne de vidange de fond du barrage.

Un robot bateau autonome – USV, Unmanned Surface Vehicles, a navigué sur le lac. Il a pour mission de trouver un objet immergé dans une zone de faible fond à l’aide d’une caméra sous-marine positionnée sous le robot. L’innovation liée à ce projet est de garantir formellement que le robot a pu observer complètement une zone. Cela nécessite de prendre en compte les incertitudes de positionnement du bateau ainsi que la portée de détection de la caméra. Être capable de garantir qu’une zone a été complètement explorée est essentiel dans des opérations de recherche et peut être transposée à d’autres milieux que le sous-marin.

Le lac de Guerlédan est également un bon environnement de test avant des expérimentations en mer. C’est le cas du projet qui cherche à comprendre le transport des larves d’huitres. Des capteurs de turbidité et de température sont utilisés afin de construire un modèle numérique simulant les courants et la température. Le développement des larves étant sensible à la température, il faut combiner cette information à celle des courants pour construire une simulation permettant de comprendre l’évolution et la localisation des populations d’huitres. Les protocoles d’acquisition des capteurs sont donc testés à Guerlédan avant d’être réalisés en pleine mer ce qui est plus difficile.

La faune du lac n’est pas en reste, un projet s’intéresse également à caractériser les espèces et la quantité de poisson dans le lac. Les signaux de trois sondeurs monofaisceau, émetteur-récepteur acoustique mono voix, sont utilisés et traités à l’aide d’algorithmes particuliers pour détecter les poissons. Les signaux obtenus sont représentés sous forme d’échogrammes qui présentent des structures particulières en fonction des espèces de poissons. Ce projet comporte également une dimension artistique : des étudiants de l’UBO en master ingénieur du son vont utiliser ces échogrammes pour générer un morceau de musique. Leurs travaux seront diffusés lors d’un festival.

La structure physique du lac présente aussi des variations importantes de température : environ 18°C en surface et 7°C au fond. Lorsque des instruments acoustiques sont utilisés, ces variations perturbent la trajectoire des ondes sonores. C’est pourquoi, lorsque les hydrographes utilisent des sonars pour cartographier le lac, ces variations physiques du milieu doivent être prises en compte pour donner une profondeur correcte. Un des projets s’intéresse à optimiser cette phase de correction. Au lieu de mesurer précisément la structure du lac à l’aide d’un capteur que l’on fait descendre jusqu’au fond, l’idée est de réaliser la correction directement avec les mesures acoustiques des sonars. Cela nécessite des algorithmes particuliers d’optimisation à appliquer de manière innovante sur les données acquises.

Nous avons également eu la visite de l’entreprise Kopadia qui co-encadre une thèse CIFRE en robotique. Ils ont déployé un AUV pour tester des algorithmes en prévision d’une mission d’inspection.

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

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.