Brevet FR3134899A1 — publié le 20231027

L'invention concerne un véhicule (1) autonome sous-marin comprenant un boîtier (10) qui inclut un système (13) de mesure comprenant trois capteurs (131, 132, 133) d’accélération ou de vitesse selon des axes différents les uns des autres, permettant de recevoir des ondes sismiques (S1) , et une unité de traitement (100) configurée pour opérer dans un mode d’acquisition sismique en générant des données sismiques à partir des ondes sismiques (S1) reçues ; et pour opérer dans un mode guidage de déplacement en déterminant la direction (D2) des ondes acoustiques (S2) de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2) qui sont reçues par au moins deux capteurs (131, 132, 133) dudit système (13) de mesure ; et en générant et transmettant au système (12) de navigation, des données de guidage relatives à la direction (D2) déterminée des ondes acoustiques (S2) reçues. Le système (12) de navigation est configuré pour commander le système (11) d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule en fonction des données de guidage pour guider le déplacement (D1) du véhicule vers la base (2). Figure pour l’abrégé : Fig.3 VEHICULE AUTONOME SOUS-MARIN ET PROCEDE DE GUIDAGE CORRESPONDANT DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des véhicules autonomes sous-marins ou AUV (pour « Autonomous Underwater Vehicle » en anglais), utilisés en tant que capteurs sismiques de fond de mer ou OBN (pour « Ocean Bottom seismic Nodes » en anglais). ART ANTERIEUR Les véhicules autonomes sous-marins, ou AUV, connaissent une utilisation croissante, et peuvent notamment suivre un déplacement individualisé selon différentes technologies, comme par exemple décrit dans les brevets ou demandes de brevet US8600592, US2004/065247 ou US9688371. Une des solutions de guidage est le guidage acoustique des véhicules autonomes sous-marins selon la technologie USBL (pour « Ultra Short Baseline » ce qui se traduit littéralement en français par ligne de base ultra courte) ou « phase array » (réseau de phase en français). Cette solution consiste en l’émission régulière, depuis la base de récupération, d’un signal acoustique qui est reçu par un capteur acoustique du véhicule. Or l’un des problèmes posés par l’acquisition de données sismiques, décrite par exemple dans le document WO2008/156502 est la récupération des capteurs sismiques afin d’extraire les données qu’ils enregistrent. Ainsi ont été proposés des véhicules autonomes sous-marins utilisés en tant que capteurs sismiques de fond de mer, qui peuvent être déployés sur le fond de mer et revenir sans manipulation directe à leur base de récupération qui peut être localisée sous l’eau. Les demandes WO2016066719A1 ou US20210173110A1 proposent des engins sous-marins pour l’acquisition sismique qui sont équipés de moyens de flottaison ou de délestage, ou de système propulseur et qui peuvent utiliser un système de communication de type USBL pour le guidage des engins. Cependant, les capteurs acoustiques de type USBL ou "phase array" capables de fournir l’information nécessaire pour guider un véhicule sous-marin sont chers et encombrants, de sorte que le véhicule résultant est également coûteux et de taille imposante, ce qui va à l’encontre des habitudes des prospecteurs sismiques. De plus, le choix de la localisation sur le véhicule d’un capteur acoustique, sensible aux ondes acoustiques, est usuellement un compromis complexe entre l’angle de vision acoustique du véhicule pour détecter les ondes acoustiques où que soit positionnée la base, et la traînée hydrodynamique de l’engin. La présente invention a pour but de proposer un nouveau véhicule autonome sous-marin et un procédé de guidage correspondant permettant de pallier tout ou partie des problèmes exposés ci-dessus. A cet effet, l’invention a pour objet un véhicule autonome sous-marin, ledit véhicule comprenant un boîtier qui inclut : - un système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule permettant de déplacer et diriger le véhicule dans l’eau ; - un système de navigation permettant de commander le système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule pour commander le déplacement du véhicule vers une base de récupération qui comprend un émetteur acoustique ; - un système de mesure comprenant trois capteurs d’accélération ou de vitesse selon des axes différents les uns des autres, permettant de recevoir des ondes sismiques pour générer des données sismiques correspondantes ; - une unité de traitement configurée pour opérer dans un mode d’acquisition sismique dans lequel l’unité de traitement génère des données sismiques à partir des ondes sismiques reçues ; - un système de stockage des données sismiques ; caractérisé en ce que au moins deux desdits capteurs dudit système de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques, sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base; et l’unité de traitement est aussi configurée pour, lorsque le véhicule est découplé par rapport au sol du fond marin, pouvoir opérer dans un mode guidage de déplacement selon lequel l’unité de traitement est configurée pour : - déterminer la direction des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base qui sont reçues par lesdits au moins deux capteurs dudit système de mesure ; - générer et transmettre au système de navigation, des données de guidage relatives à la direction déterminée des ondes acoustiques reçues, le système de navigation étant configuré pour commander le système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule en fonction des données de guidage pour guider le déplacement du véhicule vers la base. Ainsi, le même système de mesure est utilisé à un moment donné pour l’acquisition sismique et un autre moment pour déterminer la direction dans laquelle se trouve la base par rapport au véhicule. Ceci permet une diminution du coût, une augmentation de la fiabilité, un gain en poids, et une simplicité d’intégration du véhicule. Le véhicule peut aussi comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible. Selon un mode de réalisation de l’invention, les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques, sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base, et, en mode guidage de déplacement, l’unité de traitement est configurée pour déterminer la direction des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base qui sont reçues par les trois capteurs dudit système de mesure. Selon un mode de réalisation de l’invention, le boîtier comprend une paroi apte à venir en contact avec le sol, ledit système de mesure permettant de recevoir des ondes sismiques à l’état couplé du véhicule avec le sol du fond marin. Selon un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure est couplé à la paroi du boîtier apte à venir en contact avec le sol, de façon à pouvoir recevoir les ondes sismiques lorsque le véhicule est couplé au sol du fond marin pour effectuer une opération d’acquisition sismique. Selon un mode de réalisation de l’invention, lesdits capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure sont des accéléromètres formés par un microsystème électromécanique. Selon un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure comprend aussi un hydrophone. Selon un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure et l’unité de traitement sont situés sur une même carte électronique inclue dans le boîtier du véhicule. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’unité de traitement comprend un module de sélection de mode de fonctionnement permettant de basculer : - du mode d’acquisition sismique, qui est activable de préférence lorsque le véhicule est couplé avec le sol du fond marin, pour permettre de réaliser une opération d’acquisition sismique, - vers le mode de guidage de déplacement. L’invention concerne aussi un ensemble comprenant un véhicule selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, et une base de récupération qui comprend un émetteur acoustique. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’émetteur acoustique de la base de récupération est configuré pour émettre des ondes acoustiques de guidage d’une fréquence comprise entre 50 à 800 Hz. L’invention concerne aussi un procédé de guidage d’un véhicule autonome sous-marin conforme à l’un quelconque des modes de réalisation précédents, le procédé comprenant les étapes suivantes : - positionnement du véhicule par rapport au sol du fond marin ; - exécution d’une opération d’acquisition de données sismiques à partir des ondes sismiques reçues par le système de mesure ; - le cas échéant, découplage du véhicule par rapport au sol du fond marin, - réception par ledit système de mesure, d’ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur de la base de récupération ; - détermination de la direction des ondes acoustiques de guidage reçues ; - pilotage du déplacement du véhicule vers la base de récupération, en fonction de la direction déterminée des ondes acoustiques de guidage reçues. Selon un mode de réalisation de l’invention, la détermination de la direction des ondes acoustiques reçues par le système de mesure et émises par l’émetteur de la base est réalisée par : - une méthode de type arc-tangente ; - une méthode d’intensité mesurée sur chaque axe desdits au moins deux capteurs du système de mesure ; ou - une méthode de formation de faisceau. Selon un mode de réalisation de l’invention, le positionnement du véhicule par rapport au sol du fond marin est réalisé par le couplage d’une paroi du boîtier du véhicule avec le sol. 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 est une vue schématique d’un véhicule autonome sous-marin selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule étant couplé au sol d’un fond marin, pour une opération d’acquisition sismique réalisée avec un système de mesure inclus dans le véhicule qui reçoit des ondes sismiques réfléchies par une couche du sous-sol ; - la est une vue schématique d’un véhicule autonome sous-marin selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule étant découplé du sol du fond marin, et le système de mesure recevant des ondes acoustiques de guidage émises dans l’eau par une base de récupération ; - la est une vue schématique du véhicule autonome sous-marin de la qui se dirige vers la base de récupération, en fonction des ondes acoustiques de guidage reçues par son système de mesure ; - la est une vue schématique d’un véhicule autonome sous-marin selon un mode de réalisation de l’invention, représentant sous forme de blocs plusieurs éléments dudit véhicule ; - la est un logigramme présentant plusieurs étapes d‘un procédé de guidage selon un mode de réalisation de l’invention. Véhicule (1) autonome sous-marin, ledit véhicule comprenant un boîtier (10) qui inclut : - un système (11) d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule permettant de déplacer et diriger le véhicule dans l’eau ; - un système (12) de navigation permettant de commander le système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule pour commander le déplacement du véhicule vers une base (2) de récupération qui comprend un émetteur acoustique (20) ; - un système (13) de mesure comprenant trois capteurs (131, 132, 133) d’accélération ou de vitesse selon des axes différents les uns des autres, permettant de recevoir des ondes sismiques (S1) pour générer des données sismiques correspondantes ; - une unité de traitement (100) configurée pour opérer dans un mode d’acquisition sismique dans lequel l’unité de traitement (100) génère des données sismiques à partir des ondes sismiques (S1) reçues ; - un système (14) de stockage des données sismiques ; caractérisé en ce que au moins deux desdits capteurs (131, 132, 133) dudit système (13) de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques (S0), sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques (S2) de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2) ; et l’unité de traitement (100) est aussi configurée pour, lorsque le véhicule est découplé par rapport au sol du fond marin (FM1), pouvoir opérer dans un mode guidage de déplacement selon lequel l’unité de traitement (100) est configurée pour : - déterminer la direction (D2) des ondes acoustiques (S2) de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2) qui sont reçues par lesdits au moins deux capteurs (131, 132, 133) dudit système (13) de mesure ; - générer et transmettre au système (12) de navigation, des données de guidage relatives à la direction (D2) déterminée des ondes acoustiques (S2) reçues, le système (12) de navigation étant configuré pour commander le système (11) d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule en fonction des données de guidage pour guider le déplacement (D1) du véhicule vers la base (2). Véhicule (1) selon la revendication 1, dans lequel, les trois capteurs (131, 132, 133) d’accélération ou de vitesse du système (13) de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques (S0), sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques (S2) de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2), et, en mode guidage de déplacement, l’unité de traitement (100) est configurée pour déterminer la direction (D2) des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2) qui sont reçues par les trois capteurs (131, 132, 133) dudit système (13) de mesure. Véhicule selon l’une des revendications 1 ou 2 dans lequel le boîtier (10) comprend une paroi apte à venir en contact avec le sol, ledit système de mesure (13) permettant de recevoir des ondes sismiques à l’état couplé du véhicule avec le sol du fond marin (FM1). Véhicule (1) selon la revendication 3, dans lequel le système (13) de mesure est couplé à la paroi du boîtier (10) apte à venir en contact avec le sol, de façon à pouvoir recevoir les ondes sismiques (S1) lorsque le véhicule est couplé au sol du fond marin pour effectuer une opération d’acquisition sismique. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits capteurs (131, 132, 133) d’accélération ou de vitesse du système (13) de mesure sont des accéléromètres formés par un microsystème électromécanique. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (13) de mesure comprend aussi un hydrophone. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (13) de mesure et l’unité de traitement (100) sont situés sur une même carte électronique inclue dans le boîtier (10) du véhicule. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de traitement (100) comprend un module de sélection de mode de fonctionnement permettant de basculer : - du mode d’acquisition sismique, qui est activable de préférence lorsque le véhicule (1) est couplé avec le sol du fond marin (FM1), pour permettre de réaliser une opération d’acquisition sismique, - vers le mode de guidage de déplacement. Ensemble comprenant un véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et une base (2) de récupération qui comprend un émetteur acoustique (20). Ensemble selon la revendication 9, dans lequel l’émetteur (20) acoustique de la base (2) de récupération est configuré pour émettre des ondes acoustiques de guidage (S2) d’une fréquence comprise entre 50 à 800 Hz. Procédé de guidage d’un véhicule (1) autonome sous-marin conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comprenant les étapes suivantes : - positionnement du véhicule (1) par rapport au sol du fond marin (FM1) ; - exécution d’une opération d’acquisition de données sismiques à partir des ondes sismiques (S1) reçues par le système (13) de mesure ; - le cas échéant, découplage du véhicule (1) par rapport au sol du fond marin (FM1), - réception par ledit système (13) de mesure, d’ondes acoustiques de guidage (S2) émises par l’émetteur (20) de la base (2) de récupération ; - détermination de la direction (D2) des ondes acoustiques de guidage (S2) reçues ; - pilotage du déplacement (D1) du véhicule (1) vers la base (2) de récupération, en fonction de la direction (D2) déterminée des ondes acoustiques de guidage (S2) reçues. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la détermination de la direction (D2) des ondes acoustiques (S2) reçues par le système (13) de mesure et émises par l’émetteur (20) de la base (2) est réalisée par : - une méthode de type arc-tangente ; - une méthode d’intensité mesurée sur chaque axe desdits au moins deux capteurs du système de mesure ; ou - une méthode de formation de faisceau. Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12 dans lequel le positionnement du véhicule par rapport au sol du fond marin (FM1) est réalisé par le couplage d’une paroi du boîtier (10) du véhicule avec le sol.