Brevet FR2568378A1 — publié le 19860131

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination de la vitesse d'un bateau par rapport à la masse d'eau sur laquelle flotte ce dernier. La vitesse d'un bateau par rapport à l'eau est mesurée de façon courante par un dispositif appelé "loch" Les lochs actuellement connus utilisent généralement l'un des trois principes suivants - l'effet doppler par réflexion d'une onde ultra-sonore dans la masse de l'eau ; la vitesse est proportionnelle au glissement de fréquence : c'est le loch Doppler - la conservation de l'énergie hydraulique par mesure de la différence de la pression totale et statique ; le carré de la vitesse est proportionnel à la pression dynamique : c'est le loch à tube de Pitot ; ou, - l'induction d'une force électromotrice ; la vitesse est proportionnelle à la tension créée par le mouvement de l'eau dans un champ magnétique : c'est le loch électromagnétique. Quelque soit le principe utilisé, le loch délivre une indication liée à la vitesse d'écoulement des filets d'eau en un endroit donné, au voisinage de la coque, donc dans une zone fortement perturbée par le mouvement du navire qui, d'une part entraîne de l'eau avec lui (couche limite) et, d'autre part, la met en mouvement (effet de forme, vague d'étrave...). Ces phénomènes hydrauliques étant difficilement prévisibles et non linéaires, le signal brut délivré par le capteur du loch n'est pas l'image directe de la vitesse. En fait, notamment en vue d'une meilleure maîtrise des performances des systèmes de propulsion des bateaux, notamment du point de vue énergétique, le besoin est apparu de connaître avec une précision maximale la vitesse des bateaux par rapport à l'eau "immobile", c'est-à-dire par rapport à l'eau à l'infini, ou encore par rapport à l'eau avant que le bateau ne la déplace. Compte tenu de ce que les lochs connus donnent des mesures de vitesse par rapport à des masses d'eau fortement perturbes par le bateau considéré, il s'avère indispensable de les étalonner régulièrement si possible à plusieurs vitesses ; en fait, les perturbations engendres dans une masse d'eau par le passage d'un bateau varient de façon très sensible avec l'état du bateau, notamment de sa carène, c'est-à-dire de la rugosité de sa coque. Or cette rugosité varie de façon critique avec la quantité de salissures qui se sont accumulées. De fréquents étalonnages sont donc recommandés. Or, l'étalonnage d'un loch se fait normalement sur un parcours connu, situé près d'une côte, appelé base de vitesses. La distance calculée par le loch est comparée à une distance calculée à partir d'alignements pris sur des amers. Un aller-retour annule en théorie l'effet d'éventuels courants. En fait, ces étalonnages sont longs, délicats et peu précis puisque la distance de référence est liée à la côte. En outre ils ne peuvent être réalisés qu'en un nombre assez restreint de bases de vitesses ; il en découle des trajets généralement longs pour y parvenir ou en revenir et des temps importants d'immobilisation sur place, ce qui peut conduire à des coûts parfois jugés rédhibitoires. Cela explique qu'en pratique, les étalonnages en bases de vitesses sont rares, de sorte que les indications données par les lochs sont généralement inexactes. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de détermination de vitesse par rapport à l'eau, notamment pour l'étalonnage de lochs, qui soit simple à réaliser, avec un coût modéré, et qui ne nécessite pas de dérouter le bateau vers un quelconque endroit imposé. L'invention propose ainsi un procédé de détermination de la vitesse d'un bateau par rapport à l'eau, caractérisé en ce que l'on détermine, à partir du bateau, une mesure de la vitesse relative de défilement d'un corps de référence en suspension dans l'eau à l'écart de la trajectoire du bateau > ainsi qu'un dispositif adapté à sa mise en oeuvre, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de référence en suspension dans l'eau à distance de la trajectoire du bateau, deux détecteurs et une horloge adaptés à déterminer conjointement une mesure de la vitesse relative de défilement dudit corps de référence par rapport au bateau. L'invention propose donc de déterminer la vitesse par référence à un corps de référence, immobile par rapport à une masse d'eau non affectée par le mouvement du bateau, et qui est indépendant de celui-ci. Il existe deux principaux procédés de mesure de la vitesse. Un premier procédé consiste à calculer la dérivée par rapport au temps de la position du corps projeté sur l'axe du navire, cette position étant ellemême calculée par triangulation à partir des azimuths du corps par rapport à l'axe du bateau, mesurés en continu par deux théodolites,et de la distance entre ceux-ci. Un second procédé, préféré selon 1 'invention, consiste à mesurer le temps éco entre le franchissement par le corps de référence de deux plans verticaux parallèles, liées au bateau, de préférence perpendiculaires à l'axe de celui-c Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, le corps de référence est un corps flottant, de préférence inerte, et lui sont associés deux systèmes d'émission-rdception très directifs, fai sant de préférence intervenir un rayonnement choisi dans la gamme des ondes visibles ou infrarouges. Le corps de référence est de préférence ré fléchissant et coopère avec des émetteurs de lumière et des photodétecteurs. Le corps flottant est de préférence lancé, à partir de l'avant du bateau, grâce à quoi il est effectivement immobile par rapport à la masse d'eau avoisinante lorsqu'il intercepte les rayons émis par les émetteurs. Les détecteurs sont de préférence connectés, ainsi qu'un éventuel loch, à un dispositif électronique adapté à mémoriser les résultats d'une série d'étalonnage puis à corriger ensuite, de façon continue, les indications brutes fournies par le loch. le corps de référence, destiné à être perdu, est en pratique facile à réaliser à un coût modéré. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un dispositif de détermination de la vitesse d'un bateau selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en élévation d'un mode de réalisation d'un corps de référence - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un canon pneumatique adapté à lancer un corps de référence selon la figure 2 ; et - la figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif incluant des systèmes d'émissionréception et un loch à des fins d'étalonnage de ce dernier. La figure 1 présente de façon schématique un dispositif adapté à déterminer la vitesse d'un bateau 1 par la mesure, à partir de celui-ci, de la vitesse relative de défilement d'un corps de référence en Suspen- sion dans l'eau à l'écart de la trajectoire T de ce bateau. Des lignes 2 schématisent les vagues d'eau et d'écume générées par le déplacement du bateau. Dans l'exemple représenté, le dispositif de l'invention est principalement constitué par un corps 3 de préférence flottant et réfléchissant, et deux systèmes d'émission-réception directifs 4, de pré férence identiques. Ces systèmes sont ici orientés dans des plans paral lèles P1 et P2 qui sont perpendiculaires à l'axe A-A du bateau. Le corps flottant 3 est avantageusement lancé en avant du navire, selon une trajectoire "t" inclinée par rapport à l'axe A-A du bateau, par un canon lanceur 5 adapté à l'envoyer à une distance prédéterminée de la trajectoire du bateau, par exemple à 30 mètres du bateau. La forme de ce corps flottant est telle qu'il puisse rester immobile lorsqu'il flotte à la surface de l'eau. il s'agit par exemple, comme cela est représenté à la figure 2, d'une boule sphérique 3A raccordée à une pièce immergée de stabilisation 3B en forme de dièdre, par exemple métallique. La boule, par exemple en matière plastique, est de préférence recouverte d'une peinture rétroréfléchissante, contenant par exemple une multitude de petites billes de verre, adaptée à la longueur d'onde associée aux systèmes directifs 4 d'émission-réception. Sa dimension est par exemple de tordre d'une dizaine de centimètres. Un tel corps flottant peut être lancé par un canon-lanceur 5 du type représenté à la figure 3. il s'agit avantageusement d'un canon pneumatique comportant une chambre de lanceur 6 contenant un piston 7, et un tube 8 prolongeant axialement la chambre 6,avec un diamètre toutefois inférieur en sorte d'empêcher le piston 7 de sortir de la chambre. Cette chambre est liée à un pied 9 par lequel elle peut être fixée à 1' avant du bateau 1. La chambre de lanceur. 6 est reliée par une électrovanne 10 à une chambre d'alimentation 11 adaptée à être mise en communication avec une source de pression (non représentée) à 6 balspar exemple, au travers d'un détendeur 12, et à être mise à l'air au travers d'une vanne 13. Les systèmes directifs 4 d'émission-réception comportent avantageusement des émetteurs à laser 14 (voir figure 4) et des photodétec teurs 15. L'un de ces systèmes est à l'avant du bateau et l'autre à l'arriere. On comprendra que la précision du dispositif selon l'invention est d'autant plus élevée que la distance séparant ces systomes directifs 4 est grande et connue avec précision. Ces systèmes, avec leurs émetteurs, leurs photodétecteurs, des optiques associées et une carte d'interface associée1 sont en pratique fixés de façon amovible sur un support soudé à la coque du bateau 1.La diode laser et l'optique associée émettent un faisceau lumineux 16, incliné vers la surface de l'eau selon une incidence rasante, et de section très aplatie avec une dimension verticale très supérieure à sa dimension horizontale ; ce faisceau lo définit à la surface de l'eau une zone globalement rectangulaire allongée perpendiculairement à l'axe A-A du bateau. La plus grande dimension de cette zone est en pratique de l'ordre de quelques mètres, tandis que sa largeur est de 100 à 300 mu par exemple ; cette zone est distante, par exemple de 20 mètres,vis- à-vis du bateau, sur une masse peu ou pas perturbée par le déplacement du bateau.On notera que la précision avec laquelle le corps flottant peut être envoyée par le canon-lanceur à une distance de consigne visà-vis du bateau conditionne la longueur de la zone à explorer, et donc la puissance et le prix des émetteurs lasers. à faire intervenir. Il s'agit de préférence d'emetteurs-lasers à rayonnement infrarouge et à émission modulée ; l'optique associée doit être adaptée a fournir un faisceau aussi étroit que possible ; les directions d'émission et de réception des deux systèmes directifs doivent être rigoureusement parallèles, mais le cas échéant, un défaut minime de parallélisme, provoquant une erreur systématique peut être pris en compte lors du traitement des signaux des détecteurs en sorte d'en modérer les conséquences. La figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif adapté à assurer de façon automatique un étalonnage d'un loch 17 associé au bateau et d'en corriger en permanence les indications. ee loch comporte un capteur de loch 1 7A et une électronique de traitement 17B. Les systèmes directifs 4 d'émission-réception sont reliés à un circuit 18 de gestion des détecteurs et des émetteurs comportant une horloge 19 par exemple à quartz. Les signaux représentatifs de la vitesse de défilement de l'objet flottant 3 et de la vitesse relevée par les capteurs de loch 17A sont appliqués simultanément à un circuit comparateur 20 adapté à les comparer et à générer un signal d'erreur repre- sentatif d'un paramètre d'erreur tel que la différence, le rapport ou une autre fonction de ces signaux. Ce signal d'erreur est appliqué à un circuit de correction 21 adapté à le mémoriser.Un tel signal d'erreur n'est transmis au circuit de correction que lors d'une opération d'étalonnage (en pratique, le nombre ou la fréquence des étalonnages à effectuer dépend de la précision recherchée ; on peut l'estimer à environ une dizaine par an). Le signal de mesure généré par le circuit 17B est par contre appliqué en permanence au circuit de correction 21 qui en déduit, sur la base des derniers signaux d'erreur enregistrés, des si- gnaux corrigés qui sont appliqués ensuite, selon les besoins, à un cadran à aiguille ou à affichage numérique, ou encore à de quelconques appareils à asservir, pour indiquer la vitesse vraie par rapport à l'eau. On peut estimer qu'un dispositif de détermination de vitesse selon l'invention peut donner des mesures exactes à mieux que 0,5 % près. il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre illustratif non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention, notamment en ce qui concerne la. répartition et la nature des émetteurs qui peuvent être associés, soit aux détecteurs, soit au corps flottant. Ce dernier peut par ailleurs être avantageusement remplacé par un trièdre trirectangle dans le cas d'un rayonnement émis à partir du bateau dans la gamme de fréquences des ondes radar. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la vitesse d'un bateau par rapport à l'eau, caractérisé en ce que l'on détermine, à partir du bateau (1), une mesure de la vitesse relative de défilement d'un corps de référence (3) en suspension dans l'eau à l'écart de la trajectoire (T) du bateau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on lance à partir du bateau, selon une trajectoire inclinée par rapport à la direction d'avance (T) du bateau, un corps flottant de référence (3) dont on mesure ensuite la vitesse relative de défilement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on mesure l'intervalle de temps séparant le franchissement par ce corps de référence (3) de deux plans parallèles (P1,P2) de distance connue, fixes par rapport au bateau, et que l'on détermine (18) une mesure de la vitesse du bateau par le rapport de cette distance à cet intervalle de temps. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ces deux plans parallèles sont perpendiculaires à la direction d'avance du bateau. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, selon lequel on détermine, en outre, par un procédé continu connu (17), une seconde mesure de la vitesse du bateau, caractérisé en ce quep la mesure de la vitesse de défilement étant prise comme mesure deétalon-- nage, on compare (20) cette mesure à la seconde mesure de la vitesse du bateau déterminée au même instant, on en déduit un paramètre der- reur, et on corrige (21) ensuite, de façon continue, en fonction de ce paramètre d'erreur, des secondes mesures déterminées ultérieurement en sorte de déterminer une mesure corrigée de la vitesse instantanée du bateau par rapport à l'eau. 6. Dispositif de détermination de la vitesse d'un bateau par rapport à l'eau adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à S, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de référence (3) en suspension dans l'eau à distance de la trajectoire (T) du bateau (1) et deux détecteur*(4,15) et une horloge (19) adaptés à déterminer conjointement une mesure de la vitesse relative de défilement dudit corps de référence par rapport au bateau. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun des detecteurs est adapté à détecter la présence du corps de référence dans au moins un plan vertical d'exploration (P1,P2) incliné par rapport à la direction d'avance du bateau. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les détecteurs ont des champs parallèles d'exploration dont la dimension verticale est très supérieure à la dimension horizontale. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les champs parallèles d'exploration sont orientés suivant des plans (P1, P2) perpendiculaires à la direction d'avance du bateau. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le corps de référence (3) est un corps flottant inerte et que les détecteurs font partie de systèmes d'émission-réception directifs (4,14,15). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps flottant (3) est réfléchissant et que les systèmes d'émission-réception directifs (4) comportent un émetteur laser (14), et un photodétecteur (15) connecté à ladite horloge (19) et à un élément de gestion des détecteurs (18). 12. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 dans un système de détermination de la vitesse d'un bateau comportant un loch et un circuit blectroniciue de gestion du loch adapté à générer un signal représentatif de la mesure de vitesse instantanée délivrée par ce loch, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit de gestion des détecteurs (18) contenant ladite horloge (19) et adapté à générer un signal représentatif de la vitesse de défilement du corps de référence, un comparateur (20) adapté à compàrer à un instant donné les signaux délivrés par lesdits circuits de gestion (18,17B) et à générer un signal d'erreur, et un circuit de correction (21) adapté à mémoriser le signal d'erreur et à générer, à partir du signal délivré par le circuit de gestion du loch, un signal corrigé représentatif de la vitesse du bateau par rapport à l'eau.