Brevet FR3104130A1 — publié le 20210611

L’invention concerne un engin marin présentant une coque (3) et comprenant un système de détection d’un ou plusieurs mammifères marins. Ledit système de détection comprenant au moins un capteur (2) permettant de recevoir des signaux acoustiques et de les convertir en signaux électriques et un système d’analyse (1) configuré pour analyser les signaux électriques fournis par ledit au moins un capteur. Ledit au moins un capteur (2) est couplé à la coque (3) du côté intérieur de la coque (3) pour permettre de recevoir des signaux acoustiques par l’intermédiaire de la coque (3). L'invention concerne également un procédé correspondant. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Système de détection d’un ou plusieurs mammifères marins et procédé de détection correspondant La présente invention concerne de manière générale la détection d’un ou plusieurs mammifères marins. Il est souhaitable de pouvoir détecter la présence de mammifères marins dans un environnement donné autour d’un engin marin, tel qu’un navire, pour non seulement ne pas porter atteinte à ces mammifères marins, mais également pour éviter une collision. Ainsi, il est utile de pouvoir s’assurer de l’absence de mammifères marins à proximité d’activités bruyantes, telles que des activités de forage réalisées par exemple par des navires de forage, ou encore de pouvoir détecter la présence éventuelle d’un mammifère marin afin d’éviter une collision avec des bateaux tels que des ferries, cargos, et navires de croisière. La détection de la présence éventuelle de mammifères marins est aussi utile pour éviter une pêche accidentelle de ces mammifères marins, ou pour indiquer leur présence à des fins d’observation. Le demandeur de la présente invention a développé un système de détection connu sous le nom de "QuietSea" (marque déposée), permettant la détection et la localisation de mammifères marins. Ce système de détection comprend des capteurs qui sont remorqués derrière un navire, en étant par exemple intégrés dans une flûte sismique. Des modes de réalisations de système de détection comprenant des capteurs remorqués derrière un navire sont décrits par exemple dans le brevet américain délivré sous le numéro US 8937847. Cependant, une telle solution qui utilise le remorquage de capteurs entraine un encombrement global important du navire et des coûts de maintenance non négligeables. Par ailleurs, si la vitesse du navire est trop importante, les capteurs risquent de ne pas être suffisamment immergés et de ne plus permettre de détecter d’éventuels mammifères marins dans l’environnement du navire. La présente invention a pour but de proposer un nouvel engin marin équipé d’un système de détection d’un ou de plusieurs mammifères marins et un nouveau procédé de détection correspondant permettant de pallier tout ou partie des problèmes exposés ci-dessus. A cet effet, l’invention a pour objet un engin marin présentant une coque et comprenant un système de détection permettant de détecter un ou des mammifères marins, ledit système de détection comprenant : - au moins un capteur permettant de recevoir des signaux acoustiques et de les convertir en signaux électriques; et - un système d’analyse configuré pour analyser les signaux électriques fournis par ledit au moins un capteur et détecter la présence d’un ou plusieurs mammifères marins en fonction de l’analyse desdits signaux électriques; caractérisé en ce que ledit au moins un capteur est couplé à la coque du côté intérieur de la coque pour permettre de recevoir des signaux acoustiques par l’intermédiaire de la coque. Le ou les capteurs du système de détection sont ainsi placés de manière à détecter les vocalises de mammifère(s) marin(s) en utilisant la coque de l’engin marin comme une « membrane » pour la transmission desdites vocalises. Un tel agencement du ou des capteurs du côté intérieur sec de la coque, permet d’éviter l’utilisation de solutions invasives au niveau de la coque, telles que des solutions prévoyant un positionnement côté extérieur de la coque avec perçage à travers la coque pour le passage d’un câble permettant de récupérer les signaux électriques produits par les capteurs. L’installation du système de détection est ainsi facilitée et les coûts sont réduits. En particulier, les contraintes de maintenance sont réduites puisque la coque protège le ou les capteurs du système de détection vis-à-vis d’un encrassement biologique et/ou de dégradation liés à l’environnement marin et aux chocs auxquels le ou les capteurs sont susceptibles d’être soumis, comme cela peut être le cas dans les solutions ou les capteurs sont situés à l’extérieur du navire, notamment sur un câble remorqué, usuellement appelé "streamer". L’engin marin peut aussi comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible. Selon une caractéristique avantageuse, le système de détection comprend un dispositif d’acquisition de bruit permettant de recevoir des ondes acoustiques, telles que des vibrations, correspondant à du bruit, résultant par exemple d’un moteur équipant ledit engin, et de les convertir en signaux électriques, et en ce que le système de détection est configuré pour soustraire les signaux électriques fournis par le dispositif d’acquisition de bruit, des signaux électriques fournis par ledit au moins un capteur qui est couplé à la coque. Selon une caractéristique avantageuse, ledit engin marin présentant une ligne de flottaison, ledit au moins un capteur est situé sous la ligne de flottaison. Selon une caractéristique avantageuse, ledit au moins un capteur comprend des capteurs situés du côté bâbord de la coque, et/ou des capteurs situés du côté tribord de la coque. Selon une caractéristique avantageuse, les capteurs comprennent des capteurs situés du côté de la proue de la coque, et/ou des capteurs situés du côté de la poupe de la coque. Selon une caractéristique avantageuse, ledit au moins un capteur comprend au moins un capteur parmi la liste de capteurs suivante : - accéléromètre, - capteur vectoriel, - vélocimètre, - capteur de pression, - élément piezo, et - hydrophone. Selon une caractéristique avantageuse, ledit au moins un capteur comprend au moins un capteur 3-axes. Selon une caractéristique avantageuse, le système de détection comprend au moins un support de fixation permettant de fixer ledit au moins un capteur à la coque, du côté intérieur de la coque, ledit au moins un support de fixation étant en outre configuré pour filtrer une ou des fréquences données correspondant à du bruit, distincte(s) de la ou des fréquences de vocalise d’un ou des mammifères marins à détecter. Selon une caractéristique avantageuse, ledit au moins un capteur comprend au moins un capteur qui présente une sensibilité de réception de fréquence acoustique dans la plage [10 Hz - 30 kHz]. Selon une caractéristique avantageuse, ledit engin marin est un navire, ledit navire étant de préférence choisi parmi les types de navire suivants : navire de croisière, ferry, cargo, navire de forage, et navire de pêche. Il est aussi proposé un procédé de détection d’un ou plusieurs mammifères marins, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - coupler au moins un capteur à la coque d’un engin marin, du côté intérieur de la coque ; - recevoir à l’aide dudit au moins un capteur des signaux acoustiques par l’intermédiaire de la coque ; - analyser les signaux fournis par ledit au moins un capteur ; et - détecter la présence d’un ou de plusieurs mammifères marins en fonction de ladite analyse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d’une coque d’un navire munie d’un système de détection selon un mode de réalisation de l’invention, le système de détection comprenant au moins un capteur de chaque côté, bâbord et tribord, de la coque ; - la Figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinal d’une coque d’un navire munie d’un système de détection selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système comprenant plusieurs capteurs logés dans la coque, à l’avant de la coque ; - la Figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinal d’une coque d’un navire munie d’un système de détection selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système comprenant plusieurs capteurs logés dans la coque, à l’avant, ainsi qu’un dispositif de d’acquisition de bruit logé à l’arrière de la coque ; - la Figure 4 est une vue schématique en coupe transversale d’une coque d’un navire munie d’un système de détection selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système de détection comprenant au moins un support de fixation de capteur de chaque côté, bâbord et tribord, de la coque ; - la Figure 5 est un schéma bloc comprenant des étapes d’un procédé de de détection selon un mode de réalisation de l’invention. Le concept de l'invention est décrit plus complètement ci-après avec référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation du concept de l'invention sont montrés. Sur les dessins, la taille et les tailles relatives des éléments peuvent être exagérées à des fins de clarté. Des numéros similaires font référence à des éléments similaires sur tous les dessins. Cependant, ce concept de l'invention peut être mis en œuvre sous de nombreuses formes différentes et ne devrait pas être interprété comme étant limité aux modes de réalisation exposés ici. Au lieu de cela, ces modes de réalisation sont proposés de sorte que cette description soit complète, et communiquent l'étendue du concept de l'invention aux hommes du métier. Une référence dans toute la spécification à « un mode de réalisation » signifie qu'une fonctionnalité, une structure, ou une caractéristique particulière décrite en relation avec un mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l'apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à divers emplacements dans toute la spécification ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation. Dans la suite de la description, il est proposé des modes de réalisation d’engins marins munis de systèmes de détection permettant de détecter un ou des mammifères marins, qui comprennent un ou des capteurs situés du côté intérieur, sec, de la coque de l’engin marin pour détecter un ou des mammifères marins, grâce à leurs vocalises en utilisant la coque de l’engin comme membrane de transmission de signaux acoustiques. Le système de détection peut être considéré comme un système de surveillance acoustique passif ou "PAM" (pour Passive Acoustique Monitoring en anglais). Engin marin Dans la suite de la description, il est fait référence à un engin marin qui est un navire (ou bateau) mais la description s’applique aussi à d’autres types d’engins marins, notamment des sous-marins, ou drones sous-marins. L’engin marin peut ainsi être un navire de croisière, un ferry, un cargo, un navire de forage, un navire de pêche. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les navires ne pouvant remorquer des équipements externes, tels que des câbles, en raison de contraintes opérationnelles, telle que la vitesse du navire. Pour autant, les navires aptes à être équipés avec un tel système de détection peuvent aussi comprendre des bateaux qui remorquent des équipements externes, par exemple pour la recherche de pétrole et/ou gaz. Capteur(s) Le système de détection comprend au moins un capteur 2 pour recevoir les ondes acoustiques émises par un ou des mammifères marins. Dans la suite de la description il est fait référence à plusieurs capteurs mais l’invention s’applique aussi à un capteur. Les capteurs 2 du système de détection, utilisés pour recevoir les ondes acoustiques émises par un ou des mammifères marins 4, convertissent les ondes acoustiques en signaux électriques. Les ondes acoustiques reçues par les capteurs peuvent inclure des vocalises produites par le ou les mammifères marins, mais aussi d’autres signaux acoustiques correspondant à du bruit résultant par exemple du fonctionnement de l’engin marin. Selon des modes de réalisation, le système de détection permet de détecter des mammifères marins, tels que le cachalot, émettant à 12kHz et des mammifères marins, tel que le rorqual, émettant à 20Hz. A cet effet, tout ou partie des capteurs 2 présentent une sensibilité de réception de signal dans la plage [10 Hz - 30 kHz]. Les capteurs peuvent être agencés sous forme d’un réseau de capteurs de manière à permettre de recevoir des signaux des capteurs distincts les uns des autres. On peut aussi prévoir que des capteurs soient associés pour fournir un signal correspondant à l’addition des signaux fournis par lesdits capteurs associés. Les capteurs 2 peuvent être choisis parmi les types de capteurs suivants : accéléromètre, capteur vectoriel, vélocimètre, capteur de pression, élément piezo, et hydrophone. Avantageusement, tout ou partie des capteurs 2 comprend un capteur 3-axes. Un capteur 3-axes peut être réalisé à l’aide de trois capteur mono-axe, tels que des accéléromètres de type microsystème électromécanique (MEMS accelerometer en anglais). L’usage de capteur(s) 3-axes permet d'améliorer la détection des vocalises et le rapport signal sur bruit du fait que certains bruits se propagent dans la coque selon différents modes ou directions. Système d’analyse Les signaux électriques produits par les capteurs 2 sont acquis par un système d’analyse 1 qui permet de détecter à partir de ces signaux la présence d’un mammifère marin. Une donnée de détection de mammifère marin peut se présenter sous la forme d’une probabilité de présence de ce mammifère marin. Le système d’analyse est un système électronique et informatique. Le système d’analyse comprend un système d’acquisition des signaux électriques fournis par les capteurs 2, et de préférence un système électronique de conditionnement, tel qu’un préamplificateur. Le système d’analyse comprend aussi un module d’analyse des signaux permettant d’exécuter un algorithme pour détecter la présence d’un ou plusieurs mammifères marins en fonction de signaux électriques fournis par les capteurs 2. De tels algorithmes sont bien connus de l’Homme du Métier et ne seront pas donc pas détaillés ici. Un algorithme ou méthode de détection d’un ou plusieurs mammifères marins est par exemple fourni dans le brevet US 9625592. Selon un mode de réalisation particulier, le système d’analyse est aussi configuré pour traiter les signaux reçus des capteurs 2 selon une technique appelée "beamforming", ou "formation de faisceaux", qui est une technique de traitement du signal issu d’un réseau de capteurs de manière à focaliser l’écoute du ou des mammifères marins dans une direction donnée. On peut aussi prévoir que le système d’analyse soit configuré pour non seulement détecter mais aussi classifier et/ou localiser le ou les mammifères marins en fonction de signaux électriques fournis par les capteurs 2. Le système d’analyse 1 se présente par exemple sous la forme d’un processeur et d’une mémoire de données dans laquelle sont stockées des instructions informatiques exécutables par ledit processeur, ou encore sous la forme d’un microcontrôleur. Autrement dit, les fonctions et étapes décrites peuvent être mise en œuvre sous forme de programme informatique ou via des composants matériels (p. ex. des réseaux de portes programmables). En particulier, les fonctions et étapes opérées par le système d’analyse peuvent être réalisées par des jeux d’instructions ou modules informatiques implémentés dans un processeur ou contrôleur ou être réalisées par des composants électroniques dédiés ou des composants de type FPGA ou ASIC. Il est aussi possible de combiner des parties informatiques et des parties électroniques. Lorsqu’il est précisé que le système ou un module est configuré(e) pour réaliser une opération donnée, cela signifie que le système comprend des instructions informatiques et les moyens d’exécution correspondants qui permettent de réaliser ladite opération et/ou que le système comprend des composants électroniques correspondants. Dispositif d’acquisition de bruit Selon un mode de réalisation particulier, le système de détection comprend un dispositif d’acquisition 12 de bruit permettant de recevoir (capter) des ondes acoustiques correspondant à du bruit, résultant par exemple du fonctionnement d’un moteur équipant ledit engin, de les convertir sous forme de signaux électriques et de les transmettre au système d’analyse 1. Selon un aspect particulier, le dispositif d’acquisition 12 du bruit ambiant comprend au moins un capteur 122 qui est agencé pour capter le bruit à soustraire. Ledit au moins un capteur 122 peut aussi comprendre un ou des capteurs choisis parmi les types de capteurs suivants : accéléromètre, capteur vectoriel, vélocimètre, capteur de pression, élément piezo, et hydrophone. Ainsi, on peut prévoir que le dispositif d’acquisition 12 du bruit ambiant comprend au moins un capteur 122 positionné sur un moteur 6 de propulsion de l’engin. On peut aussi prévoir que lorsque l’engin est muni d’un générateur électrique, celui-ci soit équipé d’un capteur permettant de mesurer le bruit du générateur. Le système d’analyse 1 comprend un module de traitement qui est configuré pour soustraire les signaux fournis le dispositif d’acquisition 12 de bruit aux signaux fournis par les capteurs 2 qui sont en contact avec la coque. Les capteurs 2 en contact avec la coque peuvent recevoir aussi bien les signaux acoustiques dans l’environnement marin autour de l’engin que le bruit résultant du fonctionnement de l’engin. Un tel traitement de soustraction du bruit permet d’améliorer le rapport signal sur bruit pour les signaux fournis par les capteurs 2 en contact avec la coque utilisés pour détecter le ou les mammifères marins. Le dispositif d’acquisition de bruit peut aussi être configuré pour recevoir des signaux d’échosondeurs, que le dispositif d’acquisition convertit en signaux électriques puis fournit au système d’analyse. Le système d’analyse peut soustraire ces signaux électriques (correspondant aux signaux d’échosondeurs) aux signaux fournis par les capteurs 2. Selon un aspect particulier, le ou chaque capteur du dispositif d’acquisition 12 de bruit est découplé acoustiquement de la coque pour ne pas recevoir les signaux acoustiques transmis par la coque qui peuvent inclure les vocalises du ou des mammifères marins. Agencement des capteurs L’emplacement des capteurs 2 peut être choisi en fonction de différentes contraintes comprenant par exemple la localisation des bruits d'écoulement, la position des membrures de coque, la localisation des bruits de machine. Il n’est pas nécessaire de prévoir une adaptation de la coque. Avantageusement, les capteurs 2 sont situés dans la coque de préférence sous la ligne de flottaison du navire. Les capteurs 2 sont placés de manière à détecter les vocalises du ou des mammifères marins en utilisant la coque de navire comme une membrane pour la transmission desdites vocalises. Comme illustré à la figure 1, les capteurs peuvent comprendre des capteurs situés du côté bâbord de la coque, et des capteurs 2 situés du côté tribord de la coque. Comme illustré à la figure 2, les capteurs 2 peuvent être situés du côté de la proue de la coque. On peut aussi prévoir que des capteurs 2 soient situés du côté de la poupe de la coque. Néanmoins il peut être préférable de privilégier un positionnement des capteurs à un endroit autre que l’arrière de la coque dans le cas où cette partie arrière est soumise à des bruits, tels que des bruits de moteur. Support de fixation Selon un aspect particulier illustré à la Figure 4, le système de détection comprend des supports de fixation 5 permettant de fixer les capteur 2 à l’intérieur de la coque 3. Chaque support de fixation 5 est en outre configuré, par exemple du fait de sa matière, pour filtrer une ou des fréquences données correspondant à des signaux de bruit, par exemple pour filtrer la ou les fréquences résultant du fonctionnement d’une hélice de l’engin, tout en conservant les fréquences correspondant aux vocalises du ou des mammifères marins dont on souhaite détecter l’éventuelle présence. Procédé En référence à la Figure 5, il est proposé ci-après un procédé de détection d’un ou plusieurs mammifères marins qui comprend les étapes suivantes. A l’étape 510, des capteurs 2 sont couplés à la coque 3 d’un navire, du côté intérieur de la coque 3, de manière à pouvoir capter les signaux acoustiques transmis par la coque. A l’étape 520, les capteurs 2 reçoivent des signaux acoustiques par l’intermédiaire de la coque 3. Les signaux acoustiques reçus peuvent inclure des signaux acoustiques provenant de l’environnement marin dans lequel se situe le navire, tels que des vocalises du ou des mammifère marins dont on cherche à détecter l’éventuelle présence, et des signaux de bruit résultant par exemple du moteur du navire. A l’étape 530 les signaux acquis par les capteurs sont analysés par le système d’analyse, ce qui permet de fournir une information relative à la présence du ou des mammifères marins, et ainsi, à l’étape 540, de détecter la présence du ou des mammifères marins en fonction du résultat de l’analyse. L'invention n’est pas limitée aux modes de réalisation illustrés dans les dessins. De plus, le terme « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes. En outre, des caractéristiques ou étapes qui ont été décrites en référence à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus peuvent également être utilisées en combinaison avec d’autres caractéristiques ou étapes d’autres modes de réalisation exposés ci-dessus. 1. Engin marin présentant une coque (3) et comprenant un système de détection permettant de détecter un ou des mammifères marins (4), ledit système de détection comprenant : - au moins un capteur (2) permettant de recevoir des signaux acoustiques et de les convertir en signaux électriques; et - un système d’analyse (1) configuré pour analyser les signaux électriques fournis par ledit au moins un capteur (2) et détecter la présence d’un ou plusieurs mammifères marins (4) en fonction de l’analyse desdits signaux électriques; caractérisé en ce que ledit au moins un capteur (2) est couplé à la coque (3) du côté intérieur de la coque (3) pour permettre de recevoir des signaux acoustiques par l’intermédiaire de la coque (3). 2. Engin marin selon la revendication 1, dans lequel le système de détection comprend un dispositif d’acquisition (12) de bruit permettant de recevoir des ondes acoustiques, telles que des vibrations, correspondant à du bruit, résultant par exemple d’un moteur (6) équipant ledit engin, et de les convertir en signaux électriques, et en ce que le système de détection est configuré pour soustraire les signaux électriques fournis par le dispositif d’acquisition (12) de bruit, des signaux électriques fournis par ledit au moins un capteur (2) qui est couplé à la coque (3). 3. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel ledit engin marin présentant une ligne de flottaison, ledit au moins un capteur (2) est situé sous la ligne de flottaison. 4. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel ledit au moins un capteur (2) comprend des capteurs (2) situés du côté bâbord de la coque, et/ou des capteurs (2) situés du côté tribord de la coque. 5. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les capteurs (2) comprennent des capteurs (2) situés du côté de la proue de la coque, et/ou des capteurs (2) situés du côté de la poupe de la coque. 6. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un capteur (2) comprend au moins un capteur parmi la liste de capteurs suivante : - accéléromètre, - capteur vectoriel, - vélocimètre, - capteur de pression, - élément piezo, et - hydrophone. 7. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit au moins un capteur (2) comprend au moins un capteur 3-axes. 8. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le système de détection comprend au moins un support de fixation (5) permettant de fixer ledit au moins un capteur (2) à la coque, du côté intérieur de la coque (3), ledit au moins un support de fixation (5) étant en outre configuré pour filtrer une ou des fréquences données correspondant à du bruit, distincte(s) de la ou des fréquences de vocalise d’un ou des mammifères marins à détecter. 9. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit au moins un capteur (2) comprend au moins un capteur qui présente une sensibilité de réception de fréquence acoustique dans la plage [10 Hz - 30 kHz]. 10. Engin marin selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ledit engin marin est un navire, ledit navire étant de préférence choisi parmi les types de navire suivants : navire de croisière, ferry, cargo, navire de forage, et navire de pêche. 11. Procédé de détection d’un ou plusieurs mammifères marins, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - coupler (510) au moins un capteur (2) à la coque (3) d’un engin marin, du côté intérieur de la coque (3) ; - recevoir (520) à l’aide dudit au moins un capteur (2) des signaux acoustiques par l’intermédiaire de la coque (3) ; - analyser (530) les signaux fournis par ledit au moins un capteur (2) ; et - détecter (540) la présence d’un ou de plusieurs mammifères marins (4) en fonction de ladite analyse.