Brevet FR2834557A1 — publié le 20030711

La présente invention concerne un dispositif permettant la collecte de paramètres physiques, chimiques et biologiques, ainsi que suivi de masses d'eau dans un domaine s'étendant du cours d'eau à l'océan. Il peut dériver en surface, sub-surface, se poser ou s'ancrer sur le fond ou sur un support et s'en libérer. Il peut également servir à l'expérimentation, au repérage de personnes en détresse, d'animaux marins, de zones de pollution, d'objets dérivants. Il est prévu pour le largage aéroporté. C'est un dispositif autonome, modulaire et multifonctions de taille et de masse réduite. Les dispositifs existants : flotteurs lagrangiens et courantomètres euleriens se trouvent de par leur conception limités dans leur champ d'action. Les flotteurs lagrangiens sub-surface sont tous monolithiques, de densité proche de celle de l'eau de mer. Leur volume varie à l'aide d'un système mécanique ou hydraulique pour un positionnement en profondeur (limité aux couches océaniques superficielles). Ces flotteurs mono ou multi-cycles, arrivés à une limite technologique, sont lourds, fragiles, coûteux et perdables, avec une mise en oeuvre délicate. Les courantomètres euleriens sont ancrés sur des lignes de mouillage sophistiquées et massives. La mise en oeuvre et la récupération des données sont compliquées. Des prélèvements d'échantillons sont réalisés lors de campagnes longues, spécifiques à bord de navire océanographiques, par un équipage scientifique spécialisé. Les structures modulaires dérivantes ou ancrées sous la forme architecturale du présent dispositif n'existent pas. La présente invention permet de remédier aux inconvénients des systèmes lagrangiens et euleriens. Elle est modulaire, multifonctions, de taille et de masse réduite, avec un domaine d'action plus large. Elle permet de repérer des courants abyssaux. Elle permet également de libérer des journées de navigation océanographique. Elle peut être mise en oeuvre par un navire d'opportunité ou par un aéronef. Sa conception est évolutive. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en demi-coupe, le dispositif de base de l'invention. La figure 2 représente en demi-coupe, un exemple de dispositif plus élaboré. La figure 3 représente en coupe la forme la plus simple du dispositif avec le module de signalisation. La figure 4 représente en demi-coupe le dispositif de base avec le module de largage. Le dispositif selon l'invention présente l'avantage d'un encapsulage des différentes fonctions en modules indépendants, interchangeables et récupérables. Cette modularisation permet de réduire sa structure et de rendre le dispositif multifonctions. Il offre de nombreuses possibilités d'assemblage des différents modules en structures simples ou très élaborées suivant les besoins. Ces structures peuvent dériver en surface, sub-surface, s'ancrer sur un support ou sur le fond puis s'en désolidariser. Le dispositif de base, selon l'invention est constitué d'un module intelligence (1), d'un module énergie (2), d'un module scientifique (3), d'un flotteur passif (4), et d'un module motorisation (5) avec un lest largable par étagement (L). L'encapsulage, sous vide, des fonctions de base est réalisé dans la plus part des cas par des tubes cylindriques (C) fermé par deux tapes (Ts & Ti). Selon les profondeurs à atteindre, le milieu et la mission, on utilise différents matériaux allant du PVC (ou équivalent) pour les couches superficielles, au titane et/ou composites pour les grandes profondeurs. Les liaisons mécaniques sont réalisées par de la visserie, des barettes (B) et/ou entretoises (E). L'étanchéité est assurée par des joints toriques. Les liaisons électriques et bus de données attachés au dispositif de bases sont des fiches mâles. - Le module intelligence (1) est un ensemble électronique constitué essentiellement d'un micro-contrôleur. La base de temps est une division du calendrier julien calé à minuit et codifié sur huit caractères hexadécimaux variant de zéro miliseconde à onze ans, avec un pas incrémental de quatre-vingts millisecondes. Ce module programmable gère les commandes, collecte et pré-analyse les données qu'il compacte et stocke en mémoire. La tape supérieure (Ts) porte des antennes de télécommunication (la), de positionnement précis de surface (lb) et d'un anneau de largage-relevage (lc). La transmission des données et/ou reprogrammation peut se faire de manière directe, par téléphonie ou par satellite. - Le module énergie (2) stocke la puissance électrique à bord du dispositif. Il peut être associé à un ou des modules par des entretoises (E) (par exemple : aux modules intelligence et scientifique). - Le module scientifique (3) comprend différents capteurs (3 a). Ces capteurs sont embarqués en fonction de la mission recherchée : température, pression, hydrophonie, courantomètrie, salinité, conductivité, cap magnétique... Ils sont portés par la tape (Ti). Ils sont combinables entre eux et multipliables. Le module scientifique transpose les données brutes de ses divers capteurs, pour le module intelligence (1), en valeurs hexadécimales. - Le flotteur passif (4) couronne le module intelligence (1). Il est retenu mécaniquement par des barrettes de fixation (B). De faible densité il assure la flottabilité intégrale et positive du dispositif. Il assure aussi l'anti-pilonement. Il est interchangeable en fonction de la charge globale du présent dispositif. - Le module motorisation (5), associe le moteur et le réducteur de vitesse. Il peut être rattaché à divers modules. Il a un axe transverse avec double sorties pour compenser les très fortes pression rencontrées. C'est un des éléments fondamentaux du présent dispositif. Le lest largable (L) par étagement affine la flottabilité sub-surface et la remontée par dévissage de lest. Il assure la remontée en urgence du dispositif en cas d'incident. Il peut aussi assurer la déconnection physique et électrique du support. - Le flotteur largable par étagement. C'est le complément du lest largable (L). Il permet de multiples transports verticaux à très grande profondeur, économisant ainsi de l'énergie. - Le flotteur actif (6), rattaché au dispositif de base, est composé d'un ballast (6a), plus ou moins rempli d'un liquide. Le transfert de liquide se fait par micro-pompe (6b) et électro-vanne (6c) progressive à cisaillement. Ce liquide peut-être de l'eau échangée entre le ballast et milieu ambiant. Il peut être aussi de l'huile échangée entre le ballast et un réservoir souple isolant celle-ci de la masse d'eau. Le flotteur actif assure principalement une navigation verticale très fine avec des Aller-retours entre la surface et les profondeurs programmées. Il assure les ajustements liés à des mini-infiltrations d'eau ou autres dans les éléments de la structure. Ce module peut être de grande dimension pour le transport vertical de charges importantes. - Le module d'ancrage (7), associé aux courantomètres et à un compas permet la mesure des courants euleriens. Il est composé d'une ancre (7a), d'une chaîne (7b), d'une amarre avec son magasin (7c). Le système de dévérouillage (7d) libère l'ancre et largue l'amarre en fin de mission. - Le module sondeur (8) permet à la structure sub-surface de modifier la profondeur de consigne. Pour éviter un échouage sur une ligne de sonde, le flotteur actif (6) et le sondeur (8) assurent la transformation : profondeur de consigne en bathymétrie plus"pied de pilote". - Le module courantomètrique (mécanique ou acoustique) permet d'enregistrer horizontalement et/ou verticalement les déplacements de la structure dans la masse d'eau considérée. Par analyse et calcul on obtiendra le déplacement de cette masse d'eau par rapport à la géodésie. - Les modules de mini-prélèvements (9) sont différemment constitués en fonction des éléments à prélever. Par exemple pour l'élément liquide le module comportera des ampoules (9a) sous vide pré-limées dont la partie sécable comporte une masselotte (9b) qui correspond à la masse de remplissage. Les éléments biologiques ou inertes seront prélevés avec les instruments appropriés : filtres, micro-carottages, pinces ou autres. Les prélèvements s'effectuent à différentes profondeurs en fonction de la mission. - Un module d'imagerie sub-surface permet de vérifier les oeuvres-vives d'une structure marine immergée pour une pré-analyse ou des vues spécifiques. Ce module sera couplé à des modules de mini-déplacements horizontaux, flotteur actif (6) et éclairage. - Un micro module messager autonome a pour fonction de récupérer les données déjà recueillies par le dispositif. Il se déconnecte physiquement et électriquement pour acheminer ces données vers la surface et les retransmettre via téléphonie ou satellite. - Un module plate-forme expérimentale permet de tester, in-situ, divers dispositifs technologiques. Il permet aussi d'effectuer diverses expériences : physiques (à très grande profondeur : pression de gravité), biologique ou chimique (lutte contre les pollution). - Le module de signalisation aérien est constitué d'un ballon (lla) gonflé à l'hélium à partir d'une cartouche percutable manuellement ou à distance. Ce ballon relié au dispositif de base par une amarre antenne (11 b) peut être complémenté, dans sa partie haute, par un réflecteur radar (11 c), un feu à éclats ou un émetteur radio. - Le module de largage aéroporté est constitué d'un parachute fixé sur un anneau (1c). La voilure (12a) et les suspentes (12b), constituées de texture et fibres appropriées, doivent être rapidement dégradées par le milieu aquatique. L'anneau a différentes fonctions : il peut servir au largage, à la récupération et/ou à la signalisation. Il peut être utilisé en mode manuel ou automatique. La présente invention se situe dans le domaine de la recherche et expérimentation scientifique. Elle permet de remédier aux inconvénients des systèmes lagrangiens et euleriens. Elle est modulaire, multifonctions, de taille et de masse réduite, avec un domaine d'action plus large. Elle permet de repérer des courants océanique très profonds (abysses). Elle peut être mise en oeuvre par un navire d'opportunité ou par un aéronef. L'utilisation la plus simple du dispositif étant l'encapsulage d'une micro-balise ARGOS et d'un lest largable, ne transmettant que la position de surface. Les structures se construisent à partir du dispositif de base. On peut multiplier certains modules ainsi que divers capteurs afin de réaliser, suivant les besoins un dispositif optimisé. Cette présente invention permet des avancées scientifiques sur le fonctionnement des océans et sur le réchauffement de la planète... REVENDICATIONS 1) Dispositif permettant la collecte de paramètres physiques, chimiques et biologiques, ainsi que le suivi de masses d'eau dans un domaine s'étendant du cours d'eau à l'océan. Il est autonome, modulaire, évolutif, multifonctions de taille et de masse réduite caractérisé par le fait qu'on peut utiliser différents matériaux allant du PVC (ou équivalent) pour les couches superficielles, au titane et/ou composites pour les grandes profondeurs allant jusqu'aux abysses et que les liaisons électriques et bus de données attachés au dispositif de bases sont des fiches mâles. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque module encapsule, sous vide, une ou plusieurs fonctions et que les modules sont indépendants, interchangeables, récupérables, reliés entre eux par des entretoises (E) et des barrettes (B), l'étanchéité étant assurée par des joints toriques et que les tapes (Ts et Ti) de chaque module ferment les extrémités du ou des tubes (C) pouvant porter des antennes, des capteurs, des lests largables, anneau de largage... 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de base est constitué d'un module intelligence (1), d'un module énergie (2), d'un module scientifique (3), d'un flotteur passif (4), d'un module motorisation (5) et d'un lest largable par étagement (L), auquel on peut ajouter d'autres modules pour réaliser des structures plus élaborées. 4) Dispositif selon les revendications 3, caractérisé par le fait que le module de motorisation (5) a un axe transverse avec double sorties pour compenser de très fortes pressions et qu'il peut être rattaché aux autres modules. 5) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le module intelligence est un ensemble électronique constitué essentiellement d'un micro-contrôleur dont la base de temps est une division du calendrier julien calé à minuit et codifié sur huit caractères hexadécimaux variant de zéro miliseconde à onze ans, avec un pas incremental de quatre-vingts millisecondes. 6) Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que la flottaison est assurée par un ensemble de composants distincts et complémentaires : flotteur passif (4), lest largable (5), flotteur largable et flotteur actif (6). 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le flotteur actif (6), servant à une navigation verticale précise et/ou pour le transport de charge plus ou moins importante, se compose d'un ballast (6a), d'une micro-pompe (6b) et d'une électro-vanne (6c) progressive à cisaillement. 8) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le module d'ancrage (7), associé aux courantomètres et à un compas permet la mesure des courants euleriens et que le système de dévérouillage (7d) libère l'ancre (7a) et largue l'amarre en fin de mission. 9) Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que l'association du flotteur actif (6) et du module sondeur (8) permet de modifier la profondeur de consigne d'un dispositif sub-surface en bathymétrie plus"pied de pilote". 10) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les modules de mini-prélèvements (9) sont différemment constitués en fonction des éléments à prélever pour l'élément liquide le module comportera des ampoules (9a) sous vide pré-limées dont la partie sécable est une masselotte (9b) qui correspond à la masse de remplissage ; et que pour les éléments biologiques ou inertes les prélèvements se feront par des instruments appropriés : filtres, micro-carottages, pinces. 11) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un micro module messager, rattaché au dispositif de base, récupère les données déjà recueillies et qu'il s'y déconnecte physiquement et électriquement pour acheminer ces données vers la surface et les retransmettre via téléphonie ou satellite. 12) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le module plate-forme expérimentale, couplé à d'autres modules, permet in-situ, de tester divers dispositifs technologiques et d'effectuer diverses expériences : physiques, biologique ou chimique. 13) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait Le module de signalisation aérien est constitué d'un ballon (lla) gonflé à l'hélium à partir d'une cartouche percutable manuellement ou à distance, et que ce ballon relié au dispositif par une amarre antenne (lib) peut être complémenté, dans sa partie haute, par un réflecteur radar (1 le), un feu à éclats ou un émetteur radio. 14) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le module de largage aéroporté (12), est constitué par un parachute fixé sur un anneau (le) et que la voilure (12a) et les suspentes (12b) sont rapidement dégradées dans milieu aquatique.