Bouclier acoustique pour robot d'exploration karstique

L'exploration des réseaux karstiques immergés par des robots sous-marins nécessite le développement d'un équipement spécifique qui sera en mesure de faire face aux fortes contraintes de l'environnement. Le robot doit être doté d’un système acoustique de détection d’obstacles qui assurera sa sécurité contre toute collision, qui l'aidera à la navigation et qui collectera des données pour la cartographie des grottes. L’aspect confiné du milieu, ses parois complexes et la turbidité de l’eau sont des contraintes qui ont rendu donc nécessaire de développer un système dédié : le bouclier acoustique. En parallèle, dans le but de collecter des informations sur la qualité de l’eau au cours de l'exploration, nous avons étudié la faisabilité d’un système de caractérisation des eaux turbides par mesure acoustique. Ce deuxième système servira également comme complément au bouclier acoustique en l'informant sur le niveau de turbidité, afin que le système de détection puisse connaitre ses limites de portée. Nous avons donc mené un travail d’étude, de recherche et de développement de deux systèmes. Pour le système de caractérisation des eaux turbides, plus précisément les sédiments en suspension, nous avons développé un système de mesure du coefficient d'atténuation à des fréquences allant de 1,5 MHz à 16 MHz. Nous avons ensuite procédé à des essais de caractérisation avec des billes de verre de 45 µm à 200 µm de diamètre, de la poudre d'argile tamisée à 40 µm et des sédiments karstiques, en ajustant les mesures avec un modèle théorique spécialement sélectionné. Les résultats ont montré une efficacité dans l’estimation de la taille et de la concentration des sédiments en suspension. Pour le système de détection d’obstacles, nous avons conçu et développé la chaîne instrumentale du système en allant des capteurs jusqu'à la donnée valide de la distance. Cela a été fait par l'intermédiaire d'une électronique de conditionnement de signal et d'un microcontrôleur intégrant un algorithme de gestion de capteurs et de reconfiguration par le biais d'un système d'exploitation temps réel, afin de rendre le fonctionnement du système autonome et intelligent. Nous avons testé ce système de détection acoustique avec deux différentes répartitions de capteurs fonctionnant à 1 MHz, face à des parois rocheuses irrégulières représentatives des karsts. Les résultats ont montré une haute capacité d’adaptation du système en fonction des variations morphologiques. De plus, il a pu assurer une détection quasi totale dans la zone testée, qui allait de 0,25 m à 1,5 m avec une plage angulaire allant de -7,5° à +7,5°.