Brevet FR2942770A1 — publié le 20100910

PROCEDE ET DISPOSITIF TRANSPORTABLE D'EXPLORATION ET INTERVENTION SOUS-MARINE DESTINE A LA RECUPERATION D'OBJETS DE VALEUR ABIMES PAR GRANDE PROFONDEUR. La présente invention se rapporte au domaine de l'intervention sous-marine par des moyens inhabités et plus particulièrement aux opérations de sauvetage. La présente invention concerne plus précisément un procédé et un dispositif destiné à localiser par grande profondeur des objets de valeur et à en permettre la récupération. D'une façon générale, le problème posé auquel l'invention apporte une solution est celui qui consiste à permettre, d'une part, la relocalisation d'émetteur de détresse situés sur des objets de valeur, et d'autre part, à rendre possible le retour en surface desdits objets, sans utiliser de moyens lourds nécessitant un déploiement depuis des navires dédiés tels que des navires à positionnement dynamique. II s'agit notamment d'objets de valeur tels que des boîtes noires d'aéronefs ou des armements de haute technologie. Le document FR-2.203.352 décrit un procédé et un dispositif de recherche et de récupération d'objets par grands fonds, mettant en oeuvre un système acoustique de positionnement de chalut. Ce système n'exploite pas les signaux en provenance des émetteurs de détresse dont sont dotés les objets de valeur. De ce fait, la méthode requiert par grands fonds le travail simultané de 2 navires, laquelle opération est longue et coûteuse au regard du problème posé. Le document US-4,951,263 décrit un codage acoustique destiné à améliorer la portée de détection des émetteurs de détresse dont sont dotés les objets de valeur. Ce codage, trop complexe, conçu en 1990 n'est toujours pas appliqué aujourd'hui. L'un des problèmes auquel l'invention se propose d'apporter une solution est lié au fait que le niveau d'émission des émetteurs de détresse standardisés est très faible, typiquement 160 dB. De ce fait, ils ne sont pas ou mal détectables, à des distances supérieures à 1000 m. C'est pour cette raison que la 3o marine américaine utilise un sonar tracté par grande profondeur. Il se trouve plusieurs kilomètres derrière le navire remorqueur et, de ce fait, la localisation n'est pas assez précise pour en permettre la récupération par un robot sous-marin sans faire appel à un navire à positionnement dynamique. De plus, ce type de matériel est lourd et nécessite des transports aériens par avion-cargo particulièrement onéreux. Une solution au problème posé est, selon l'invention, un dispositif transportable d'exploration et d'intervention sous-marine destiné à la récupération d'objets de valeur abîmés par grande profondeur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins : • Un navire disposant au moins : - d'un moyen de localisation par satellite, - d'un calculateur, ses mémoires, ses interfaces de communication et to de ses organes de visualisation graphique, • Un équipement de localisation et communication composé d'au moins : - d'un moyen de localisation par satellite, - d'un moyen d'émission et de réception d'ondes acoustiques compatible avec celui porté par un engin sous-marin inhabité et, 15 • Un engin sous-marin inhabité disposant au moins : - d'un calculateur et ses mémoires, - d'une source d'énergie embarquée, - d'un moyen d'émission et de réception d'ondes acoustiques compatible avec le moyen dont est doté ledit équipement de localisation et communication, 20 - d'une horloge ultra-stable synchronisée à une référence d'échelle de temps, - d'un récepteur de signaux acoustiques compatible avec les signaux émis par l'émetteur de détresse associé à l'objet à récupérer, - d'un capteur d'immersion, - d'un capteur de cap, d'attitude et de vitesse, 25 - d'un moyen de réglage de son immersion, - d'un moyen de mémorisation des instants de réception des signaux émis par l'objet à récupérer datés à l'aide de horloge ultra-stable embarquée. Avantageusement, l'invention concerne aussi un procédé, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes : 30 • L'on embarque les composants du dispositif comportant les dispositions caractéristiques ci-dessus, à bord d'un navire, • Le navire est amené vers la zone d'exploration, J L'on conduit une plongée de relocalisation. A cet effet, • L'on charge dans la mémoire du calculateur de l'engin au moins une consigne permettant de définir le cap à suivre une fois immergé, • L'on met à l'eau l'engin après avoir synchronisé son horloge embarquée avec 5 une référence de temps absolue, • L'on met à l'eau la partie devant être immergée de l'équipement de localisation et de communication avec l'engin sous-marin, • L'on fait émettre par l'engin sous-marin de façon répétitive des signaux acoustiques qui, reçus par ledit équipement, permettent de connaître, à bord du Io navire, au moins l'immersion de l'engin, sa distance et s'il détecte ou non les signaux émis par l'objet à récupérer, • L'on détermine, à bord du navire, la trajectoire de l'engin sous-marin, par la connaissance, en une pluralité d'instants, des coordonnées dudit équipement, de l'immersion de l'engin et de sa distance, 15 • L'on enregistre, à bord de l'engin sous-marin, au regard du temps délivré par son horloge embarquée, les instants de détection des signaux émis par l'objet à récupérer et ses informations de cap et d'immersion, • L'on récupère l'engin sous-marin, • L'on détermine les coordonnées de l'objet à récupérer par fusion des données 20 de trajectographie de l'engin issues du traitement des informations de distance et de position et des enregistrements effectués dans l'engin sous-marin. L'on conduit ensuite une plongée d'imagerie du fond marin. A cet effet : • l'on immerge à proximité du point ainsi déterminé, une balise acoustique sous-marine, 25 • L'on charge dans la mémoire du calculateur de l'engin des consignes définissant des profils ou une surface à reconnaître avec des capteurs d'imagerie optique ou acoustique, • L'on remet à l'eau l'engin sous-marin, • L'on enregistre à bord de l'engin sous-marin ses informations de cap, 30 d'immersion, de vitesse, de distance à la balise immergée et les informations issues de ses capteurs d'imagerie, • L'on récupère l'engin sous-marin, • L'on traite les données acquises en vue de produire une carte des fonds marins référencée aux coordonnées de la balise immergée, • L'on repère, sur cette image, la position la plus probable où est susceptible de 5 se trouver l'objet à récupérer, L'on conduit ensuite une plongée de récupération de l'objet de valeur. A cet effet : • L'on dote l'engin sous-marin d'un outillage permettant d'attacher une balise acoustique sur l'objet à récupérer et disposant d'un moyen destiné à en faciliter la préhension en vue de sa récupération 10 • L'on charge dans la mémoire du calculateur de l'engin des consignes définissant la position la plus probable de l'objet à récupérer et la façon de s'en approcher, • L'on met à l'eau, une troisième fois, l'engin sous-marin, • L'engin se dirige vers l'objet à récupérer et, par une manoeuvre automatique, l'engin attache audit objet la balise acoustique et le moyen destiné à en faciliter 15 la préhension, • L'engin, après avoir saisi le moyen de préhension, remonte à la surface avec l'objet à récupérer, • Ils sont tous deux amenés à bord du navire, la mission est terminée. D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de 20 la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif, La figure 2 est une vue synoptique de l'engin sous-marin inhabité, - La figure 3 présente une vue synoptique de l'équipement de localisation et de communication. 25 Sur la figure 1 est représenté un objet de valeur 1, tel qu'une boîte noire d'aéronef et son émetteur acoustique de détresse 2 qui en est solidarisé. Il s'agit de l'objet à relocaliser et à remonter en surface selon la présente l'invention. Sous le repère 3, figure le navire de recherche de type navire d'opportunité. L'engin sous-marin inhabité 4, après sa première mise à l'eau, évolue en immersion dans la zone 30 de recherche. II transmet des signaux acoustiques à destination de l'équipement de 4 localisation et communication 5 reçu via un transducteur immergé 6. La position dudit l'équipement de localisation et communication 5 est déterminée en utilisant un récepteur de localisation par satellites à partir de signaux émis par une pluralité de satellites 8, tel que des satellites GPS ou Galiléo. Selon un mode particulier de réalisation, des corrections différentielles peuvent être reçue via un satellite de communication géostationnaire 9. La position de l'engin sous-marin est déterminée soit parce que l'équipement 5 intègre un récepteur acoustique de type base courte, soit par la mesure en une pluralité de positions de la distance au dit engin connaissant l'estime de son vecteur vitesse. Est aussi représentée, une liaison par to fibre optique 7 entre l'engin et une bouée située en surface 10. Laquelle bouée communique par radio avec le calculateur situé à bord du navire. Un lest 11 sert à éviter la dérive de la bouée pendant le travail de l'engin à proximité du fond. Une balise acoustique sous-marine 12 permettant de mesurer la distance engin-balise, sert de référence à la navigation et au géo référencement des mesures et images 15 acquises par l'engin. La figure 2 est une vue synoptique de l'engin sous-marin inhabité. Un calculateur 21 est chargé du contrôle commande embarqué de l'engin. Il est doté d'une mémoire 22 qui sert à stocker les paramètres de sa mission, notamment le cap qu'il doit suivre, mesuré à l'aide du capteur de cap, vitesse et d'attitude 35 ; 20 mais aussi à archiver des données telles que son cap, son immersion mesurée à l'aide du capteur de pression 26 et les instants de détection par le récepteur acoustique 24 des signaux reçus par un hydrophone 29 en provenance de l'émetteur acoustique de détresse. Un système 27, tel qu'un ballast à huile, permet de régler l'immersion de l'engin. Une horloge ultra-stable 23 synchronisée en 25 surface sur une référence de temps absolue telle que le temps GPS, peut être utilisée pour déclencher l'envoi des signaux acoustiques, via les circuits d'émission/réception 25, par le transducteur acoustique 28 selon un séquencement pré-déterminé connu des équipements situés en surface. Par ultra-stable, l'on entend une horloge dont la dérive, exprimées en seconde, est de l'ordre de 10-8 fois 30 la durée de la mission. Les mêmes circuits d'émission sont utilisés pour la télémétrie d'informations vers l'équipement de localisation et communication situé en surface. Les grandeurs envoyées comprennent l'immersion de l'engin, son cap mesuré et l'information de détection ou non-détection de signaux acoustiques en provenance de l'émetteur de détresse 2 (figure 1). La partie réception de l'électronique 25 sert à 35 recevoir des consignes de pilotage de l'engin émises depuis l'équipement de localisation et communication situé en surface. Sous le repère 30 figure un connecteur de fibre optique permettant de relier la fibre sous-marine à l'engin et de communiquer avec le calculateur via une interface optoélectronique 33. Une source d'énergie 34 alimente les équipements embarqués de l'engin. L'engin comprend aussi accessoirement un système de vision 31 et pour la phase de récupération un moyen de manipulation 32 automatique ou télé opéré depuis le navire via la fibre optique 7 et la bouée relais 10. La figure 3 présente une vue synoptique de l'équipement de localisation et de communication. Un microprocesseur 40 gère la gestion de flux entre les différents composants de l'équipement. Une antenne 42 alimente un récepteur de Io localisation par satellites 41 tel que le GPS. Ce récepteur sert au positionnement en coordonnées géographiques de l'équipement. Le récepteur 41 délivre aussi un signal d'horloge 50 synchrone d'une référence d'échelle de temps. Cette référence d'échelle de temps est, selon un mode particulier de réalisation, le référentiel temporel absolu délivré par le système de localisation par satellite GPS aussi 15 désigné par temps GPS-UTC. Un module 43 permet, si nécessaire, quand la précision le requiert, d'alimenter le récepteur 41 avec des corrections différentielles en provenance de stations terrestres, non représentées, relayées par radio par canal VHF ou satellitaire. Une électronique 46 d'émission et réception de signaux acoustiques, compatible avec l'électronique 25 de l'engin sert, en réception, à 20 mesurer la distance de l'engin audit équipement par la datation, des instants de détection des émissions en provenance de l'engin, en regard de la référence d'échelle de temps issue du signal d'horloge 50. La réception des signaux acoustiques par l'électronique 46 porte aussi sur les signaux de télémétrie d'états en provenance de l'engin. L'électronique 46 est utilisée en émission selon un 25 séquencement pré-déterminé, connu de l'engin, pour transmettre à ce dernier des consignes de comportement telles que cap à suivre, immersion... ; sans que cette liste ne soit limitative. A l'électronique 46 d'émission et réception, est relié un transducteur 47 qui est immergé à une profondeur suffisante pour s'affranchir des problèmes de propagation acoustique, tels que courbure des rayons sonores ou 30 l'atténuation, garantissant ainsi une bonne communication avec l'engin. Une liaison filaire 48 permet une communication bidirectionnelle entre l'équipement de localisation et de communication et le calculateur situé à bord du navire servant au contrôle et à la supervision de la mission. A cette liaison filaire peut être substituée une liaison par canal radioélectrique 44 utilisant une antenne 45 lorsque ledit 35 équipement de localisation et de communication est déporté du navire au sein d'une bouée telle que représentée sur la figure 1 sous le repère 5. Une source d'énergie 49 alimente les différents composants de l'équipement de localisation et de communication. De la description qui précède, ressortent les avantages résultant de la mise en oeuvre du dispositif et du procédé de la présente invention. L'engin sous-marin 4 n'étant pas relié au navire 3, il n'est donc pas nécessaire de faire appel à un navire à positionnement dynamique dont la disponibilité est parfois difficile à trouver et qui, de plus, serait d'un coût journalier élevé. En installant à bord de l'engin sous-marin 4 l'hydrophone 29 et le récepteur 24 chargé de détecter les signaux acoustiques émis par l'émetteur de détresse 2 situé à bord de l'objet à récupérer 1, il est possible de to relocaliser ledit objet, même si ce dernier est situé par grand fond. En effet, ces procédé et dispositif permettent, d'une part de rapprocher l'hydrophone de l'objet recherché et, d'autre part, de bénéficier du faible niveau de bruit ambiant tel que rencontré en profondeur, facilitant ainsi la détection de signaux d'un niveau particulièrement faible. De ce fait, la détection est rendue possible, même à grande 15 distance. En limitant les liaisons sous-marines par câble au maximum, le dispositif est rendu particulièrement léger au regard, par exemple, des sonars remorqués depuis des navires utilisés à ce jour en de telles circonstances. Le gain se chiffre en plusieurs tonnes. De ce fait, les coûts de transport par voie aérienne sont particulièrement réduits au regard des solutions traditionnelles. II en va de même en 20 ce qui concerne les temps d'acheminement, les gros avions cargo n'étant plus requis. L'invention peut être mise en oeuvre au moyen d'un dispositif comprenant un ou plusieurs engins sous-marins dotés d'équipements spécifiques modulaires tels que caméras vidéo, systèmes de vision utilisant des lasers, moyens de préhension 25 spécialement adaptés à l'objet à récupérer. 30 REVENDICATIONS1) Dispositif transportable d'exploration et intervention sous-marine destiné à la récupération d'objets de valeur abîmés par grande profondeur, caractérisé en ce 5 qu'il comprend au moins : • Un navire (3) disposant au moins : - d'un moyen de localisation par satellite, - d'un calculateur, ses mémoires, ses interfaces de communication et de ses organes de visualisation graphique, 10 • Un équipement de localisation et communication (5) composé d'au moins : - un moyen de localisation par satellite (41), - un moyen d'émission et de réception d'ondes acoustiques (46) compatible avec celui porté par un engin sous-marin inhabité, • Un engin sous-marin inhabité (4) disposant au moins : 15 - d'un calculateur (21) et ses mémoires, - d'une source d'énergie embarquée (34), - d'un moyen d'émission et de réception d'ondes acoustiques (25) compatible avec le moyen (46) dont est doté ledit équipement de localisation et communication, 20 - d'une horloge ultra-stable (23) synchronisée à une référence d'échelle de temps, - d'un récepteur de signaux acoustiques (24) compatible avec les signaux émis par l'émetteur de détresse (2) associé à l'objet à récupérer (1), - d'un capteur d'immersion (26), 25 - d'un capteur de cap, d'attitude et de vitesse (35), - d'un moyen de réglage de son immersion (27), - d'un moyen de mémorisation (22) des instants de réception des signaux émis par l'émetteur de détresse de l'objet à récupérer, datés à l'aide de horloge ultra-stable embarquée. 30 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipement de localisation et communication est intégré à une bouée (5) disposant d'un moyen de communication bidirectionnelle (6) avec le navire (1), utilisant un canal radioélectrique. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend aussi une liaison par fibre optique (7) entre une bouée (10) et l'engin sous-marin inhabité (4). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 5 en ce qu'il comprend au moins une balise acoustique sous-marine (12) immergée dans la zone de recherche. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs engins sous-marins dotés d'équipements spécifiques modulaires tels que caméras vidéo (31), systèmes de vision utilisant I o des lasers, moyens de préhension (32) spécialement adaptés à l'objet à récupérer. 6) Procédé d'exploration et intervention sous-marine destiné à la récupération d'objets de valeur abîmés par grande profondeur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 15 • L'on embarque les composants du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, à bord d'un navire (1), • Le navire est déplacé vers la zone d'exploration, L'on conduit une plongée de relocalisation. A cet effet, • L'on charge dans la mémoire (22) du calculateur (21) de l'engin sous-marin 20 inhabité (4) au moins une consigne permettant de définir le cap à suivre une fois immergé, • L'on met à l'eau, l'engin après avoir synchronisé son horloge embarquée (23) avec une référence de temps absolue, • L'on met à l'eau la partie (6) devant être immergée de l'équipement de 25 localisation et de communication (5) avec l'engin sous-marin (4). • L'on fait émettre par l'engin sous-marin (4) de façon répétitive des signaux acoustiques qui, reçus par ledit équipement, permettent de connaître, à bord du navire, au moins l'immersion de l'engin, sa distance et s'il détecte ou non les signaux émis par l'objet à récupérer, 30 • L'on détermine à bord du navire la trajectoire de l'engin sous-marin par la connaissance, en une pluralité d'instants, des coordonnées dudit équipement, de l'immersion de l'engin et de sa distance,i0 • L'on enregistre à bord de l'engin sous-marin, au regard du temps délivré par son horloge embarquée (23), les instants de détection des signaux émis par l'objet à récupérer (1) et ses informations de cap et d'immersion, • L'on récupère l'engin sous-marin, • L'on détermine les coordonnées de l'objet à récupérer par fusion des données de trajectographie de l'engin issues du traitement des informations de distance et de position et des enregistrements effectués dans l'engin sous-marin. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une fois les coordonnées de l'objet à récupérer déterminées, l'on conduit ensuite une plongée d'imagerie 10 du fond marin. A cet effet : • l'on immerge à proximité du point ainsi déterminé, une balise acoustique sous-marine (12), • L'on charge dans la mémoire (22) du calculateur (21) de l'engin sous-marin (4), des consignes définissant des profils ou une surface à reconnaître avec des 15 capteurs d'imagerie optique ou acoustique, • L'on remet à l'eau l'engin, • L'on enregistre à bord de l'engin sous-marin ses informations de cap, d'immersion, de vitesse, de distance à la balise immergée et les informations issues de ses capteurs d'imagerie, 20 • L'on récupère l'engin sous-marin, • L'on traite les données acquises en vue de produire une carte des fonds marins référencée aux coordonnées de la balise immergée, • L'on repère sur cette image la position la plus probable où est susceptible de se trouver l'objet à récupérer, 25 8) Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on conduit ensuite une plongée de récupération de l'objet de valeur. A cet effet : • L'on dote l'engin sous-marin d'un outillage permettant d'attacher une balise acoustique sur l'objet à récupérer et disposant d'un moyen destiné à en faciliter la préhension en vue de sa récupération 30 • L'on charge dans la mémoire (22) du calculateur (21) de l'engin sous-marin (4) des consignes définissant la position la plus probable de l'objet à récupérer et la façon de s'en approcher,• L'on remet à l'eau l'engin, • L'engin se dirige vers l'objet à récupérer et, par une manoeuvre automatique, l'engin attache audit objet la balise acoustique et le moyen destiné à en faciliter la préhension, • L'engin, après avoir saisi le moyen de préhension, remonte à la surface avec l'objet à récupérer, • Ils sont tous deux amenés à bord du navire, la mission est terminée. 9) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on immerge dans la zone de recherche une bouée (5) portant l'équipement de localisation et de IO communication acoustique (6). 10) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on utilise une bouée (10) comme relais de communication avec l'engin sous-marin (4) par une liaison à fibre optique (7), ladite bouée communiquant avec le navire (1) par une liaison radioélectrique.