Comme un poisson dans l’eau
Au fond des mers, là où les rayons du soleil peinent à percer, poissons et crustacés regardent tranquillement passer un étrange engin en forme de torpille.
Mais ne vous méprenez pas, ses intentions sont plus que pacifiques ! Taipan, le petit robot autonome conçu par le Lirmm (1), a en effet pour mission de détecter et d’analyser des sources d’eau douce en mer. Avec comme ambition première de contribuer à combler les carences en eau potable de certains pays méditerranéens.
Comme souvent, tout commence par une rencontre. En 1999, Bruno Jouvencel, chercheur au Lirmm et spécialiste des robots sous-marins, teste son petit dernier dans l’étang de Thau, non loin de Sète. A quelques mètres de là, un hydrogéologue réputé, Michel Bakalowicz est venu observer la source de Vise, un panache d’eau douce au milieu d’une étendue d’eau salée. "De fil en aiguille, chacun a exposé ses problèmes à l’autre, raconte Bruno Jouvencel. Rapidement, l’idée a germé de développer un AUV (Autonomous Underwater Vehicle) capable de recueillir les informations chères à mon collègue."
Taipan mesure la salinité et la température de l’eau, réalise des images acoustiques de l’eau et mesure les vitesses des écoulements sous-marins
L’appareil est opérationnel en l’an 2000 et fait très rapidement ses preuves. Long de 2 mètres, d’un diamètre de 15 centimètres, le prototype en carbone qui ne pèse que 35 kilogrammes est capable de parcourir 17 kilomètres sous l’eau ! Surtout, Taipan parvient à conserver son cap à un degré près, ce qui constitue une précision fort appréciable. Toutes ces caractéristiques devront bientôt être revues à la hausse avec l’arrivée du second prototype conçu à l’aide d’un partenaire industriel.
"Néanmoins, le robot restera dans la catégorie des engins de moins de 100 kg, une gamme développée dans seulement deux autres endroits du globe, aux Etats-Unis et en Islande", précise le chercheur en robotique sous-marine. Du point de vue scientifique, Taipan dispose de capteurs pour mesurer la salinité et la température de l’eau, d’un sonar latéral pour réaliser des images acoustiques de l’eau et d’un loch Doppler, un système permettant de mesurer les vitesses des écoulements sous-marins.
Au final, le robot sera capable de repérer une source d’eau douce, de la cartographier et d’en recueillir les données essentielles, et ce même dans une mer déchaînée par une tempête ! Il devrait ainsi rendre bien des services aux pays dont les ressources en eau potable s’avèrent insuffisantes, car les sources d’eau douce sont légion, semble-t-il, dans le pourtour méditerranéen.
Le positionnement du robot constitue le problème numéro un car le GPS est inutilisable en profondeur. Evidemment, l’engin reste perfectible. "Le positionnement constitue le problème numéro un, note Bruno Jouvencel. Sur une petite distance, nous savons corriger les petites incertitudes mais lors de grandes traversées, la chose est plus complexe. Une solution est la remontée en surface du robot autonome pour qu’il se repère grâce au GPS, inutilisable en profondeur." Pour éviter ce dérangement, les études actuelles empruntent une voie connue depuis longtemps grâce au développement des sous-marins nucléaires : il s’agit de mesurer l’accélération du véhicule, de laquelle il est aisé de déduire la vitesse puis le déplacement.
Cependant, l’équipement nécessaire est onéreux, ce qui amène certains chercheurs à explorer d’autres méthodes, comme par exemple le positionnement de l’engin en se repérant par rapport aux fonds marins. Pour faire évoluer leur robot, les chercheurs misent également sur l’imitation du vivant, une méthode bien connue des roboticiens. Pour Bruno Jouvencel, "des animaux comme les fourmis sont un modèle pour l’exploration d’un lieu. Elles se répartissent les tâches et sans qu’aucune n’ait la compréhension totale, elles remplissent leurs objectifs collectifs en des temps records."
Les abeilles au secours de la robotique sous-marine pour mesurer les déplacements dans l’eau grâce à leur système oculaire
Reste à régler le problème des communications sous l’eau entre les robots multi-agents :  quand, pour l’utilisation de l’Internet, nous nous habituons à des vitesses de l’ordre de 512 kbs/seconde, les communications acoustiques sous-marines atteignent au mieux quelques dizaines de bits par seconde ! A l’instar des fourmis, les abeilles pourraient servir d’exemple aux chercheurs pour améliorer encore les performances de leur robot. Ces insectes sont en effet capables de connaître leur vitesse grâce à leur système oculaire. Une «technologie» qui donnerait à Taipan une mesure de très haut niveau de ses déplacements dans l’eau.
Si en Europe, la communauté de la robotique sous-marine s’avère beaucoup moins importante que dans d’autres disciplines, comme par exemple en robotique mobile terrestre, elle justifie le vieil adage qui privilégie la qualité sur la quantité. Ainsi, en France, le Lirmm bénéficie depuis de longues années du statut honorifique et envié de «Laboratoire d’excellence» en robotique sous-marine.
Les robots autonomes, débarrassés de leur cordon ombilical, sont le futur de la robotique sous-marine avec la promesse d’un champ d’applications encore plus vaste
De son côté, l’Ifremer est une institution incontournable en la matière : son savoir-faire fait autorité dans le monde entier. Sa spécialité ? Les robots téléopérés, ou Rov, sur lesquels tous les problèmes majeurs ont déjà été résolus, même s’il reste quelques inconvénients à contourner comme l’inévitable cordon ombilical qui relie l’appareil à ses opérateurs. "La robotique sous-marine téléopérée est en quelque sorte arrivée à maturité, rappelle Bruno Jouvencel. Le challenge actuel de la recherche concerne donc davantage les robots autonomes, avec un champ énorme d’applications promises. Outre l’intérêt militaire de tels outils, les AUV rendront bien des services au secteur de l’exploration pétrolière, et bien évidemment à la science."
En effet, ils pourraient offrir à court terme une meilleure compréhension de phénomènes naturels, comme le comportement de la mer lors d’une tempête. Cependant, les chercheurs s’apprêtent à ne jamais trouver de réponse à toutes leurs questions, la faute à une difficulté insurmontable que ne regrette pourtant pas Bruno Jouvencel : «La mer est si grande…».
(1) Laboratoire d'informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier.
Le robot Taïpan
Vue interne de Taïpan
Test en piscine du robot Taïpan
Instrument de mesure de pression
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Contacts :
Bruno Jouvencel, Lirmm, Bruno.Jouvencel@lirmm.fr