Brevet FR3081826A1 — publié le 20191206

DISPOSITIF IMMERGÉ/EMERGÉ D'OBSERVATION EN MILIEU MARIN OU EN EAUX INTERIEURES La présente invention concerne un dispositif immergé/émergé d'observation en milieu marin ou en eaux intérieures, y compris les estuaires. Le but du dispositif selon la présente invention est de surveiller des paramètres physicochimiques de ces milieux, en permanence, de façon automatique ou pilotée, avec un transfert automatique et périodique des paramètres mesurés. La majeure partie de la surface de la planète est recouverte par les océans et les eaux intérieures, en eaux douce ou saumâtre . Un besoin d'une surveillance constante des milieux serait utile mais il est aussi nécessaire que ce besoin soit économiquement viable. Les paramètres mesurés peuvent être de toutes natures et pour des domaines d'applications très variés. La défense d'un pays peut être intéressée par la détection de certaines signatures sonores. La sécurité civile peut être intéressée par les mesures de radioactivité, de pollution ou la présence de certains prédateurs comme des requins. De façon plus évidente, le suivi des évolutions du milieu marin est important à partir de certains paramètres comme la salinité, la température en fonction de la profondeur, la valeur des rayonnements reçus et transmis en fonction de la profondeur mais aussi de l'impact de certaines industries qui peuvent impacter les milieux concernés par des rejets. Cette énumération n'est aucunement limitative. La profondeur visée par le dispositif selon la présente invention se situe plutôt en milieu peu profond, c'est-à-dire à des profondeurs inférieures à 25m. Les matériels connus de mesure peuvent être très sophistiqués, c'est-à-dire sous forme de véhicules autopropulsés mais alors il est nécessaire de disposer d'une logistique très importante, une structure navigante pour la mise à l'eau, une équipe de pilotage pour faire évoluer le dispositif autopropulsé. De tels moyens ne permettent de disposer que de mesures limitées à une plage de temps correspondant à la nécessaire faible autonomie de ces dispositifs. Ces véhicules ne concernent pas le domaine d'observations de la présente invention. 2 On connaît les bouées fixes qui ont, elles, une très grande autonomie mais qui ne peuvent mesurer que des paramètres à partir de la surface et généralement limités à des paramètres physiques. Pour tous les dispositifs immergés en eau douce ou en milieu marin pendant de longues 5 périodes c'est-à-dire au-delà de quelques heures, un problème important se pose, celui du développement d'organismes sur les surfaces immergées au contact de l'eau, sous la forme d'algues, de biofilms et/ou de coquillages. Ces formations, connues aussi sous le nom de "fouling", provoquent des dysfonctionnements des capteurs, très rapidement, surtout si les paramètres de développement sont favorables. 10 Un autre problème est celui de l'autonomie car, en immersion, la production d'énergie devient rapidement complexe or les capteurs et autres moyens de transmission, les moyens de déplacement des éléments mobiles en interne nécessitent de l'énergie. Enfin, les dispositifs immergés ne peuvent communiquer les données mesurées ainsi accumulées à des stations terrestres, si bien qu'il est nécessaire qu'ils soient émergés par 15 périodes. Le dispositif d'observation immergé/émergé selon l'invention est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif, ceci en regard du jeu de dessins, sur lesquels les différentes figures montrent : - Figure 1 : une vue en perspective du dispositif, 20 - Figure 2 : une vue en élévation latérale du dispositif, en surface, - Figure 3 : une vue en élévation du dispositif, en immersion. Sur la figure 1, on a représenté le dispositif immergé/émergé selon la présente invention, installé sur un fond d'un milieu FM, en l'occurrence un milieu marin qui est le plus complet, mais la description qui suit, trouve application à l'identique sur un fond en eau douce dans 25 une étendue d'eau naturelle telle qu'un lac ou une étendue d'eau artificielle telle qu'un barrage. Le dispositif selon l'invention comprend une tête 10 et un corps 12 ainsi que des moyens d'amarrage 14 sur le fond. Dans le mode de réalisation représenté, le corps est de forme de révolution, en l'occurrence cylindrique, ceci de façon non limitative. La tête 10 comprend des moyens de production d'énergie 16, des moyens de communication 18 et des moyens de stockage d'énergie 20. Le dispositif est complété par une platine de mesure 22, mobile. 3 La tête 10 comprend des moyens de production d'énergie 16 sous forme d'un générateur houlomoteur et/ou éolien 16-1. Ce générateur 16-1 comprend, de façon connue, une génératrice 16-2 disposée de façon coaxiale à la tête avec un stator solidaire de ladite tête et un rotor comportant des pales 16-3 aptes à prendre deux positions l'une, repliée, dans laquelle 5 l'énergie de la houle actionne lesdites pales lors de la phase émergée et l'autre, déployée, dans laquelle le vent actionne lesdites pales toujours lors de la phase émergée, ceci en fonction des conditions météorologiques. En position repliée, en position émergée, la houle peut assurer la rotation des pales du fait des oscillations tandis qu'en position déployée, toujours en position émergée, le vent peut 10 entraîner ces mêmes pales si la houle est trop faible. La tête 10 peut aussi comporter des pales adaptées pour être entraînées par les courants, dans ce cas, il s'agit de pales destinées à tourner comme celles d'une hydrolienne, les pales en position repliées peuvent être adaptées pour cette fonction. La tête 10 peut également comporter des panneaux solaires 16-4 sur un support en forme 15 pyramidale, central. Ces panneaux solaires sont productifs uniquement en position émergée. La tête 10 comporte également des moyens de stockage 20 de l'énergie produite par les moyens de production d'énergie 16 sous forme d'une batterie 20-1. Le choix de la batterie se portera sur des batteries haute performance avec possibilité de charger/décharger de façon incomplète sans atteinte à la capacité de charge de ladite batterie. En effet, les cycles de 20 charge/décharge peuvent être très aléatoires. La tête est équipée de moyens de communication 18, par exemple des moyens radio, satellite, téléphoniques avec une antenne, lesdits moyens de communication étant fonctionnels uniquement en position émergée. Il est également possible d'adjoindre au dispositif un hydrophone, non représenté, de façon à 25 communiquer en direct avec le dispositif selon la présente invention, lorsque le communiquant est à proximité immédiate dudit dispositif, par exemple sur un navire de surface, au-dessus dudit dispositif, ceci afin de pouvoir donner des ordres au dispositif notamment pour le faire émerger et immerger. Cet hydrophone peut être utilisé en position immergée afin de capter les signatures sonores de certains autres bâtiments immergés tels 30 que des sous-marins. Le corps 12 du dispositif selon la présente invention est de forme cylindrique et relié aux moyens d'amarrage 14. 4 Le corps 12 cylindrique est ouvert en partie inférieure et fermé de façon étanche en partie supérieure. Ce corps 12 comprend de plus des moyens de ballastage 12-1. Ces moyens de ballastage 12-1 comportent une réserve de gaz 12-2, en l'occurrence du gaz neutre tel que de l'azote et des 5 moyens de régulation 12-3 avec une vanne d'introduction de gaz dans le volume intérieur du corps et une vanne d'échappement de gaz hors dudit volume dudit corps, ces vannes n'étant pas représentées pour la clarté des dessins schématiques annexés. Le gaz neutre est contenu dans des bouteilles sous haute pression, de plusieurs centaines de bars si bien que le volume disponible, aux profondeurs d'immersion envisagées, est très important et correspond à de 10 nombreux cycles. Le dispositif selon la présente invention peut donc être immergé ou émergé en fonction des besoins par ballastage du corps, en laissant pénétrer de l'eau ou en la chassant par introduction de gaz qui s'accumule dans le corps, assurant sa flottabilité positive ou négative. Les moyens d'ancrage 14 consistent en un lest 14-1 reposant sur le fond du milieu FM. Des 15 moyens à poulies ou coulisseaux 14-2 sont solidaires dudit lest afin de faire coulisser un câble de liaison 14-3. Ce câble de liaison 14-3 est lié par une extrémité au corps 12 du dispositif et par l'autre extrémité à des moyens flottants 14-4, comme une bouée. Le câble de liaison 14-3 est ainsi toujours tendu et permet d'ancrer en position le dispositif par rapport au fond marin, tout en autorisant les mouvements d'immersion/émersion. Le câble 20 coulisse alors dans les poulies ou coulisseaux. Le dispositif est complété par une platine 22 de mesure. Cette platine 22 de mesure est disposée dans le corps 12 du dispositif, dans le volume susceptible d'être ballasté. Cette platine 22 de mesure comprend un support de capteurs 22-1, et des moyens de déplacement 22-2 en translation dudit support entre au moins deux positions, une première 25 position d'attente, en partie haute à l'intérieur du corps 12, immergée dans le volume gazeux à base de gaz neutre et au moins une seconde position de mesure en partie basse dudit corps 12, immergée dans le milieu aqueux sur lequel il convient de réaliser les mesures. Les moyens de déplacement en translation peuvent prendre toute forme y compris celle d'un ou plusieurs vérins électriques, un ensemble vis à billes ou une crémaillère pour ne citer que 30 ceux-là. Ce support de capteurs 22-1 porte tout type de capteurs en fonction des besoins tant pour mesurer des paramètres physiques que chimiques. Des moyens de stockage des données 5 permettent l'enregistrement desdites données, ceci de façon connue avec des moyens de pilotage sous forme d'un logiciel supporté par des moyens informatiques embarqués, ceci de façon connue également, ces moyens devant être disposés dans des moyens totalement étanches et de façon avantageuse dans la partie gazeuse du corps 12. 5 Le dispositif selon la présente invention est mis en oeuvre suivant le procédé qui comprend les étapes suivantes : Mise en place des moyens d'ancrage 14 du corps 12 sur le fond du milieu FM, Immersion du dispositif avec sa tête 10 par diminution du volume de gaz dans le corps 12, jusqu'à une profondeur de travail, en conservant un espace de tête gazeux, 10 Pilotage par les moyens de pilotage de la platine 22 de mesure pour la déplacer en milieu aqueux pendant les mesures et pour la ramener en milieu gazeux, après mesures, cette étape étant réalisée autant de fois que programmé, Emersion partielle du corps 12 et totale de sa tête 10 pour transmettre les données enregistrées grâce aux moyens de communication 18 et pour recharger grâce aux 15 moyens de production d'énergie 16, les moyens de stockage. Renouvellement des immersions/émersions en fonction de la programmation. Ces étapes sont détaillées. Le dispositif est positionné sur le lieu des mesures à entreprendre. Le lest est donc positionné sur le fond du milieu FM, le câble de liaison est positionné dans les 20 poulies et les moyens de flottaison sont reliés à une extrémité tandis que l'autre est reliée au corps du dispositif. La longueur du câble de liaison est telle que la bouée se trouve à proximité du lest lorsque le dispositif selon l'invention est en position émergée. Le dispositif est en position initiale en surface. A cet effet, le corps du dispositif contient de 25 l'air qui peut être purgé pour le remplacer par du gaz neutre. Ensuite lorsque le dispositif doit être immergé à une profondeur donnée, le gaz neutre est chassé en partie, grâce à la vanne adaptée, afin d'atteindre la profondeur donnée. L'équilibre est assuré en tenant compte de la traction du ballon, de la flottabilité du dispositif liée au volume de gaz contenu dans le corps 12 et du poids du dispositif dans son ensemble. 30 Lorsque le dispositif est à la profondeur programmée, qui peut être ajustée en continu, les moyens de pilotage commandent les mouvements de translation de la platine dans le corps 12, afin de lancer des mesures. 6 En effet, lorsque la platine 22 de mesure est dans une première position, en partie haute du corps, elle est au sec dans l'atmosphère de gaz neutre et les capteurs 22-1 sont hors du milieu aqueux et sont inactifs. Lorsque la platine 22 est dans une des deuxièmes positions, vers le bas du corps 12 du 5 dispositif, les capteurs sont immergés dans la partie aqueuse et les capteurs peuvent assurer les mesures pour lesquelles ils sont conçus. La durée d'immersion est fonction des types de capteurs, des séries de mesures etc. Dès que les mesures ou les séries de mesure sont terminées, la platine 22 de mesure est remontée dans le volume de gaz neutre. 10 La durée d'immersion est dans tous les cas très inférieure au temps nécessaire au développement, implantation et prolifération des microorganismes, des coquillages, d'un biofilm. De plus, durant la position en ambiance de gaz neutre, donc anaérobie, les organismes aérobie qui auraient pu avoir le temps de se déposer sur la surface de la platine 22 de mesure et 15 surtout sur les capteurs 22-1, ne peuvent subsister et encore moins se développer. Les mesures peuvent donc être effectuées de façon parfaite avec des capteurs propres à chaque session d'immersion de la platine de mesure dans le corps du dispositif, avec une reproductibilité non affectée par les biofilms, coquillages et autre "fouling". Les mouvements de la platine 22 de mesure, les mesures elles-mêmes comme les moyens de 20 déplacement et de pilotage sont alimentés en énergie électrique. Lorsque l'hydrolienne, si le dispositif en est équipée, n'a pas pu recharger suffisamment la batterie, ou en l'absence d'hydrolienne, ou après une période choisie ou sur déclenchement de la charge de batterie trop faible, le dispositif remonte à la surface pour recharger la batterie. 25 Des mesures peuvent aussi être réalisées à cette occasion, en surface, si les moyens de pilotage ont été programmés pour cela. Le dispositif est éventuellement équipé d'un hydrophone pour capter des informations de commande mais aussi pour détecter d'éventuels bruits de navires afin de ne faire surface que lorsqu'aucun navire ne navigue en surface. 30 Une fois en surface, les moyens de production d'énergie électrique, moyens houlomoteurs, moyens éoliens et/ou moyens photovoltaïques sont mis en oeuvre afin de recharger le plus rapidement la batterie. 7 Parallèlement, les données stockées sont alors transmises par les moyens de communication, satellite, radios, téléphoniques suivant les implantations géographiques. Dès la batterie rechargée, le dispositif s'immerge REVENDICATIONS1. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, comprenant une tête (10), un corps (12) et des moyens d'amarrage (14) sur le fond du milieu FM, ledit corps (12) comportant des moyens de ballastage (12-1) permettant de positionner ledit dispositif entre une position émergée et au moins une position immergée. 2. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de ballastage (12-1) comportent une réserve de gaz (12-2), et des moyens de régulation (12-3) avec une vanne d'introduction de gaz dans le volume intérieur dudit corps (12) et une vanne d'échappement de gaz hors dudit volume dudit corps (12). 3. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz de la réserve de gaz (12-2) est un gaz neutre. 4. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête (10) 15 comprend des moyens de production d'énergie (16), des moyens de communication (18) et des moyens de stockage d'énergie (20). 5. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de production d'énergie (16) comportent un générateur houlomoteur et/ou éolien (16-1) et des moyens de stockage de 20 l'énergie. 6. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de communication (18) sont des moyens radio, satellite, téléphonique (18-1) avec une antenne (18-2), lesdits moyens de communication étant fonctionnels uniquement en position émergée. 25 7. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une platine de mesure (22), mobile à l'intérieur du corps (12) entre une première position inactive, en partie haute dudit corps (12) et au moins une deuxième position active de mesure, en position basse dudit corps (12). 9 8. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'ancrage (14) consistant en un lest (14-1) reposant sur le fond du milieu FM, des moyens à poulies ou coulisseaux (14-2) solidaires dudit lest afin de faire coulisser un câble de 5 liaison (14-3), ledit câble de liaison (14-3) étant lié par une extrémité au corps (12) et par l'autre extrémité à des moyens flottants (14-4). 9. Dispositif immergé/émergé d'observation du milieu marin ou en eaux intérieures, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de stockage des données, des moyens de pilotage sous forme d'un logiciel supporté 10 par des moyens informatiques embarqués. 10. Procédé de mise en oeuvre du dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste en la succession des étapes suivantes : Mise en place des moyens d'ancrage (14) du corps (12) sur le fond du milieu FM, Immersion du dispositif avec sa tête (10) par diminution du volume de gaz dans le corps (12), jusqu'à une profondeur de travail, en conservant un espace de tête gazeux, Pilotage par les moyens de pilotage de la platine (22) de mesure pour la déplacer en milieu aqueux pendant les mesures et pour la ramener en milieu gazeux, après mesures, cette étape étant réalisée autant de fois que programmé, Emersion partielle du corps (12) et totale de sa tête (10) pour transmettre les données enregistrées grâce aux moyens de communication (18) et pour recharger grâce aux moyens de production d'énergie (16), les moyens de stockage. - Renouvellement des immersions/émersions en fonction de la programmation.