1 - CATÉGORIES DE VÉHICULES ET APPLICATIONS

• 1.1 - Véhicules de surface (USV)
  Figure 1 - À gauche, le véhicule de surface INSPECTOR d'ECA. On remarque la présence de nombreux capteurs (radar, caméra, etc.) (crédit : ECA Robotics). À droite, un catamaran autonome de surface conçu par SeaRobotics pour le compte de Defence Research and Development Canada (DRDC) et instrumenté notamment pour le profilage des icebergs (crédit : SeaRobotics) Figure 2 - Mise à l'eau du robot voilier Vaimos lors d'une mission dans l'Atlantique depuis le navire Thalassa de l'IFREMER (crédit : IFREMER / ENSTA Bretagne) Figure 3 - Le wave-glider SV2 de Liquid robotics et le principe de fonctionnement de son mode de propulsion. Le poids de la partie immergée maintient tendu le câble qui la relie à la partie flottante. L'orientation variable des volets (en rose sur la figure), conjuguée aux mouvements verticaux imposés par la partie flottante, engendre une poussée horizontale qui fait avancer l'ensemble (copyright : Liquid Robotics)
• 1.2 - Véhicules sous-marins (ROV, AUV, gliders)
  Figure 4 - Le ROV d'intervention H2000 de la société ECA HYTEC et son TMS (Tether Management System). Les deux bras blancs actionnés par des vérins constituent le portique du LARS (Launch And Recovery System). Ce robot de 900 kg peut opérer jusqu'à 2 000 m (copyright : ECA Robotics) Figure 5 - Le ROV Victor 6000 de l'Ifremer (copyright Ifremer 2014) Figure 6 - L'AUV AsterX d'Ifremer (copyright Ifremer 2014) Figure 7 - Le glider SeaExplorer (2,9 m, 59 kg) de la société ACSA en train de communiquer en surface (crédit : ACSA)
• 1.3 - Autres types de véhicules
  Figure 8 - Le prototype Angels (ici représenté avec seulement trois des neuf modules) se déplace rapidement en configuration anguille puis se décompose en éléments indépendants une fois le point d'intérêt rallié (crédit : École des mines de Nantes – IRCCyN & Scuola Superiore Santa Anna – CRIM Lab) Figure 9 - Les méduses AquaJelly 2.0 de Festo (copyright : Festo AG & Co. KG) et le poisson Jessiko (crédit : Robotswim)

2 - LOCALISATION, PERCEPTION, COMMUNICATION

• 2.1 - Localisation et attitude
• 2.2 - Perception de l’environnement
  Figure 10 - Les faisceaux d'émission et de réception d'un sondeur multifaisceau Figure 11 - Forme du faisceau acoustique émis par un sonar monofaisceau de profilage (à gauche) et d’imagerie (à droite) Figure 12 - Exemple d'acquisitions par un sonar à balayage monofaisceau de profilage (à gauche) et d’imagerie (à droite). En haut, on visualise la façon dont le faisceau balaie l'environnement. En bas, on visualise l'allure de l'image sonar correspondante Figure 13 - Forme des faisceaux acoustiques émis par un sonar multifaisceau de profilage (à gauche) et d’imagerie (à droite) Figure 14 - Exemple d'image acoustique d'une épave d'avion gisant sur un fond sédimentaire, obtenue par une caméra acoustique BlueView M900 (crédit : OceanGate / Teledyne BlueView) Figure 15 - Exemple d'image acoustique obtenue par un sonar monofaisceau profilométrique à balayage Mini Pipe Profiling Sonar – 2512 USB, de Marine Electronics Ltd. Il s'agit de l'intérieur d'une canalisation en béton de 1,2 m de diamètre. On observe des dépôts graisseux à 8 heures et 4 heures et des dépôts de vase et gravier en bas (crédits : Marine Electronics Ltd) Figure 16 - Exemple d'une séquence d'images prises en bassin par un sonar multifaisceau BlueView P450-45. On distingue nettement un homme qui nage (crédit : Teledyne BlueView) Figure 17 - Principe d'acquisition d'un sonar latéral Figure 18 - Exemple d'acquisition par sonar latéral (4200 : Multi-Purpose Survey System de EdgeTech). On distingue une bande noire au centre séparant les images issues des deux faisceaux latéraux. Cette bande correspond au parcours du son en pleine eau (donc sans écho) avant que le premier écho du fond n'apparaisse. On observe une épave et des débris. Les ombres informent sur la hauteur des débris (crédit : Image courtesy of EdgeTech) Figure 19 - Image acquise par sonar à ouverture synthétique HISAS 1030 embarqué à bord de l'AUV HUGIN 1000. La longueur de l'épave est de 68 m (pétrolier Holmengraa reposant par 77 m de fond) (crédit : Kongsberg Maritime) Figure 20 - Sur le module du prototype Angels représenté en haut, on distingue, sur le flanc du véhicule, les électrodes utilisées pour l'électrolocation (crédit : École des mines de Nantes – IRCCyN & Scuola Superiore Santa Anna – CRIM Lab). En bas, on visualise le champ électrique créé par le poisson gnathonemus petersii. Les lignes de champ sont perturbées par les obstacles conducteurs ou non (crédit : École des mines de Nantes – IRCCyN). Le prototype Angels reproduit ce mode de perception
• 2.3 - Communications sous-marines

3 - MODÉLISATION DES VÉHICULES

• 3.1 - Cinématique
  Figure 21 - Le repère fixe Rn (repère North-East-Down, attaché à la Terre) et le repère mobile Rb (attaché au véhicule) (crédit : Becom-d) Figure 22 - Les trois transformations successives permettant de passer du repère Rn au repère Rb avec la convention z-y-x
• 3.2 - Dynamique
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4 - COMMANDE DES VÉHICULES

• 4.1 - Introduction
• 4.2 - Commande PID
• 4.3 - Commande adaptative à retour d’état
  Figure 23 - Schéma-bloc de la commande à retour d'état classique
• 4.4 - Commande en régime glissant
• 4.5 - Comparaison expérimentale des trois méthodes proposées
  Figure 24 - Le véhicule sous-marin L2ROV du LIRMM lors d'une inspection de paroi par caméra stéréoscopique à Banyuls. On distingue les deux propulseurs verticaux avant, le propulseur arrière bâbord et un des deux projecteurs (crédit : Observatoire d'Océanologie de Banyuls / LIRMM) Figure 25 - Résultats expérimentaux d'asservissement de profondeur avec les commandes : PID (en haut), adaptative à retour d'état (au milieu) et en régime glissant (en bas). Dans la colonne de gauche, on visualise l'évolution de la profondeur d'immersion z, et dans la colonne de droite, on visualise la force verticale exercée par les propulseurs Figure 26 - Évolution temporelle du paramètre estimé de flottabilité …

5 - CONCLUSION