Recherche:Mise au point d'un drone subaquatique
| Fiche 1 : |  Etat de l'art |
|---|---|
| Fiche 2 : | Partenaires actifs ou potentiels |
| Fiche 3 : | Stabilisation (gyroscopique, élasticomécanique...) |
| Fiche 4 : | Retours d'expérience |
| Fiche 5 : | Éléments de méthodologie pour l'inventaire subaquatique |
| Fiche 6 : | Aspects éthiques |
| Fiche 7 : | Boite à idées |
| Fiche 8 : | Aspects pédagogiques |
| Annexe 1 : | Glossaire |
|---|---|
| Annexe 2 : | Articles connexes dans Wikipédia |
| Annexe 3 : | Bibliographie |
| Annexe 4 : | Liens externes utiles |
| Annexe 5 : | Iconographie complémentaire |
| Annexe 6 : | Crowdfunding (financement participatif) |
| Annexe 7 : | Année 2016-2017 PIM's + ISEN |
| TP : | Nom du travail pratique (expérimentation) (Niveau scolaire recommandé (de 0 à 20) : non obligatoire) |
|---|
Bonjour et bienvenue dans cet « espace de recherche » consacré à la mise au point d'un « Robot (ou drone) subaquatique » dit Ch'tiPlouf.
Ce laboratoire est hébergé par les facultés « Environnement » et « Sciences de l'ingénieur » de Wikiversité.
Il est collaboratif, pluridisciplinaire et ouvert ; Chacun peut participer.
Vos idées, aides et contributions, même modestes sont chaleureusement bienvenues.
(si vous n'êtes pas encore habitués aux wikis, utilisez la page principale de discussion sans hésiter). Vous pouvez aussi découvrir le résumé du projet dans Voir le résumé du projet en vidéo une vidéo (de 8 minutes, en français)].
Origine et motivations du projet
La biodiversité et les services écosystémiques sont devenus un enjeu majeur et critique pour l'humanité, donc pour nos capacités de résilience et d'adaptation face au dérèglement climatique. Elle est pourtant encore incomplètement connue. Les naturalistes (et les encyclopédistes) ont commencé par admirer, décrire, dessiner et classer les espèces, puis la science s'est intéressée aux habitats, aux écosystèmes et aux services écosystémiques qu’ils fournissent. A leur mesure Wikipédia, wikispecies et Commons contribuent à cet effort.
Dans cet immense travail, Ce monde du silence reste un parent pauvre de la science, car bien moins accessible que les milieux émergés. La biodiversité subaquatique est pourtant constituée de millions d'espèces, dont certaines forment le principal puits de carbone planétaire. Elle produisent la totalité de nos ressources halieutiques et 80 % de l'oxygène que nous respirons. Il est urgent de mieux la comprendre.
Question scientifique et technique sous-jacente :
Comment mieux inventorier et étudier les micropaysages et la biodiversité subaquatiques ?
Face aux urgences environnementales, des groupes de plongeurs bénévoles et de naturalistes s’organisent via les Sciences participatives pour aider les scientifiques, les gestionnaires de ressources et d'aires protégées qui ont besoin de données consolidées.
C'est le cas dans le Bassin de l'Escaut où les eaux étaient ou sont encore localement si polluées, potentiellement polluées et/ou si fréquentées par les péniches ou navires que ce travail est parfois dangereux ou interdit pour les plongeurs. Parfois l'eau est glacée et/ou sans visibilité, abrite des sangsues ou des parasites indésirables ou les anfractuosités à explorer nous sont inaccessibles. Idéalement, il faut observer sans perturber le milieu, et certaines espèces sont si fragiles que les déplacer ou les élever en aquarium les tuerait ou perturberait leur comportement ou leur cycle de vie. En outre, certaines sont si belles, ou si raréfiées que nous ne voudrions plus avoir à les tuer ou les manipuler pour les échantillonner et les étudier.
Un drone subaquatique au service de l'observation dynamique et in situ : l'une des réponses nécessaires
C'est une réponse partielle et insuffisante, mais nécessaire et très complémentaire à d'autres dispositifs.
L'une de nos sources d'inspiration est l’Open Rov : un robot de type ROV, Open source, léger et peu couteux. Collaborativement mis au point en Amérique du Nord, il se montre très utile pour une exploration préalable dans les lacs et eaux lentes et claires, mais ses capacités sont encore trop limitées en conditions plus difficiles de courant, de turbulences, de turbidité ou en présence de végétation dense (longues algues filamenteuses notamment).
Disposer de « drones subaquatiques » peu coûteux et mieux adaptés à ce type de missions permettrait de grandement faciliter ce travail et de ramener une moisson de photos, films et données que les étudiants, chercheurs et autres amateurs de curiosités et beautés subaquatiques pourront collaborativement exploiter.
Notre projet s'appuie sur un cahier des charges élaboré avec des écologues, naturalistes et plongeurs rompus à ce type de mission, il se met au service de l'amélioration de la connaissance du monde subaquatique et de la biodiversité en général. Mais quelques défis techniques sont encore à relever. Merci de nous y aider.
- Pour une présentation plus détaillée de ces objectifs : voir la page Présentation et origine du projet
Présentation simplifiée des objectifs. Pour les détails, voir la page "objectifs" accessible via le bandeau/Box de droite
Objectif 1 : Un mini-ROV-drone opérationnel
Il est proposé de concevoir plusieurs variantes d'un petit [[w:ROV|Rov]] (pouvant au besoin prendre une configuration de drone) capable d'observer de près les micromilieux, la faune, flore et fonge aquatique (fixée ou mobile), les microorganismes les plus gros, certaines associations symbiotiques, mais aussi les paysages et micro-paysages, etc.) et de prélever certains échantillons ; en surface, subsurface et profondeur.
Le cahier des charges du projet insiste sur la miniaturisation de ce ROV, qui ne pourra donc être ni un planeur sous-marin (engin économe et très utile pour les missions longues à effectuer dans de grands volumes d’eau dégagés, mais trop grand, peu maniable pour les inventaires détaillés en eau douce, récifs coralliens, mangroves, y compris dans certaines zones de turbulence,etc.). Pour ces raisons et pour des raisons de coûts, les engins de type mini-sous-marin, batyscaphes (coûteux, difficiles à transporter) ne sont pas traités ici (ou marginalement, quand un ou plusieurs mini-ROvs pourraient les assister dans certaines missions).
Nous souhaitons que ces ROV soient pratiques et efficaces, assez faciles à construire, à coût raisonnable et dotés d'excellentes capacités de photographie, vidéo et macrophotographie.
Remarque : pour des raisons d'éthique environnementale mais aussi de pertinence scientifique des données et images acquises le robot doit perturber aussi peu que possible les écosystèmes et les organismes qu’il observe.
Pour en savoir plus : cahier des charges
Objectif 2 : Tests en vraie grandeur
Ils doivent éprouver la résistance du drone (dont en milieux difficiles), sa capacité à évoluer en consommant peu d'énergie et à contribuer à sa mission première : l’inventaire général de la biodiversité subaquatique. Voir détails du cahier|des charges du ROV
Objectif 3 : Valorisation pédagogique, scientifique et culturelle
Une animation pédagogique et des actions de vulgarisation scientifique, et de culture scientifique et technique sont souhaitées, parallèlement au projet, pourquoi pas avec des contenus pédagogiques utiles à la construction et/ou à l’utilisation du robot, ou plus en aval, utile à son exploitation (inventaires, découvertes...).
Des étudiants peuvent grâce à ce projet travailler à mieux comprendre les interactions hydrodynamiques, les effets des forces de pesanteur et d’Archimède, les forces de propulsion, la robotique, etc.
Et d'autres ou les mêmes pourront profiter des images rapportées par le robot pour explorer l'environnement marin, saumâtre ou d'eau douce.
Grâce au ROV, les riverains de l'eau et le grand public pourront aussi découvrir ce qu’il y a au fond des mares, canaux, ports et rivières... Les enfants pourraient aussi bénéficier de cette dynamique, via par exemple les petits débrouillards, les CPIE, l’Éducation nationale ou divers projets scolaires et para-scolaires ou socio-éducatifs.
Objectif 4 : Un projet exemplaire en termes d'ouverture et de bien commun
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La démarche ouverte (open source/open data, transparence du processus de conception...) est au cœur du projet ;
Dans ce cadre, les membres fondateurs du projet considèrent ce robot-drone comme un bien commun. Ils espèrent aussi qu’il pourra rapidement contribuer à améliorer le contenu de Wikimedia Commons et l'illustration de Wikipédia (ou d'autres wikis de ce type).
Autres objectifs
- valoriser les retours d'expérience et chercher à répondre aux souhaits (raisonnables) des utilisateurs ;
- créer un cadre convivial de recherche participative et de co-design, ouvert à tous, et potentiellement multilingue ;
- tester divers procédés de prototypage et construction (dont impression 3D, systèmes modulaires) ;
- encourager la créativité de tous et tester d'éventuelles solutions « biomimétiques » ;
- aussi publier "ce qui n'a pas marché" et pourquoi pour aider d'autres projets à avancer plus vite ;
- archiver (archives ouvertes) les étapes du projet ;
Aucune compétence d'expert n'est requise pour corriger des fautes de frappe, d'orthographe ou de grammaire, améliorer la forme et la clarté des textes ou des illustrations ; de même pour émettre des critiques constructives et apporter des idées amélioratives (en page de discussion, accessible via l'onglet discussion en haut de page, et après s'être inscrit si ce n'est déjà fait).
Ces types de contribution sont réellement utiles. N'hésitez jamais à apporter une amélioration, même modeste aux pages de la Wikiversité, l’ensemble du projet et de la communauté en profiteront et vous remercient par avance.
Compétences recherchées ou bienvenues
Pour contribuer « plus en profondeur » du point de vue scientifiques et techniques, ou sur des versions plus complexes de prototypes les compétences suivantes sont bienvenues :
- la coconception, le design, l'ergonomie, la modélisation et le prototypage rapide,
- l’ingénierie « subaquatique », la dynamique des fluides, la mécanique des fluides, le déplacement de précision, la résistance des matériaux (dont à la pression, à divers polluants et au sel), la biomécanique, la mesure de la pression et de la profondeur, les circuits électriques étanches, les notions de Géométrie variable et de morphing d'engins, de muscle wire, etc. ;
- l'ingénierie informatique (informatique embarquée, l’interopérabiltié, la programmation informatique (en open-source), les « systèmes d'exploitation temps réel », l’intelligence artificielle...) ;
- l'ingénierie de construction : dessin et réalisation de plans, plasturgie, l’impression 3D ;
- la robotique et actionneurs de précision (*), les systèmes pneumatiques (option possible pour un gestion fine des ballasts, un « équivalent vessie natatoire » ou pour d'autres solutions biomimétiques et un système de secours), les systèmes d’étanchéité, les batteries et supercondensateurs.
* Si l’on veut doter le Drone d'une fonction d'observation rapprochée ou de "quasi-microscopie in situ", celui-ci devrait pouvoir être commandé avec une précision presque égale à celle demandée aux robots de chirurgie ; il pourrait s'agir d'une option nécessitant une transmission haut-débit et donc que le ROV soit alors relié à l'opérateur par une fibre optique ...ou un câble (éthernet est-il encore la bonne solution ?). - les systèmes de propulsion subaquatique ;
- les systèmes de gestion fine de la flottabilité et de stabilisation embarqués (gyroscope, ballast, auto-stabilisation passive...) ;
- les sondes et capteurs (permanents pour certains ou optionnels via des capteurs ou modules multicapteurs complémentaires, provisoirement « greffables » ou clipsables sur le ROV);
- les moteurs pas à pas, les pompes, servomoteurs, servocommandes, mini-électrovannes, mini-vanne solénoïdes et à pincement, systèmes miniaturisées ou étanches, peu consommateurs d'énergie et compatibles avec les conditions subaquatiques ;
- interaction homme-machine, contrôle à distance, commande vocale, haptique, retour visuel (ex : visiocasque, google glass, rendu stéréoscopique) ;
- la communication radio, la communication subaquatique (acoustique subaquatique, hydrophones, sondeurs et sonars...) ;
- l’optique et l'imagerie ; la gestion des métadonnées d'images, le pré-traitement des images, la photographie subaquatique, l'éclairage subaquatique (sobre en énergie, déporté et optimisé ; diodes électroluminescentes (DELs/LEDs), fibre de verre...) ;
- la biologie marine ou des eaux douces, l’écologie subaquatique, l'échantillonnage biologique ;
- la biomimétique ;
- la cartographie subaquatique, la courantologie ;
- la maitrise d'une ou plusieurs langues étrangères (pour apporter une aide à la traduction de document et aux échanges entre wiki-chercheurs ne parlant pas la même langue)...
Autres moyens d'aider :
- Des fablabs pourront « à distance » et « de manière asynchrone ou coordonnée » apporter leur aide en construisant des éléments du robot et/ou en les testant pour les améliorer.
- Si vous avez des compétences en gestion de projet, en animation de projet, en communication et pédagogie, vous pouvez aussi nous aider à valoriser ce projet au service de la pédagogie en renforçant son utilité sociale, à collecter des fonds pour la construction et les essais de prototypes ;
- Les artistes, designers et créatifs sont également bienvenus : pour leur imagination d’abord, mais aussi parce que certaines des images que le ROV ramènera seront nous l'espérons belles à couper le souffle. Profitez-en et aidez-nous à partager les raretés, les étrangetés et les chocs esthétiques qu'ont connu tous les plongeurs et la plupart des scientifiques travaillant sur le milieu subaquatique. ...
Remarques :
- Chacun est chaleureusement invité à partager avec les autres contributeurs ses connaissances utiles au projet, de la manière la plus claire possible (éviter le jargon inutile), afin que tous et chacun puissent bénéficier du travail collectif. En vous inscrivant dans le Wiki, vous disposez d'une page de présentation, n'hésitez pas à y résumer vos spécialités ou préférences en termes de connaissances, langues et compétences.
- Un glossaire, des schémas et illustrations, ainsi que des liens bibliographiques et des liens hypertextes (mots en bleu dans le texte) vers des articles de Wikipédia, de Wkimedia Commons ou Wikibook aideront les « wikichercheurs » et visiteurs occasionnels à en savoir plus.
- Comme dans tous les wikis de la fondation Wikimedia, le maitre-mot est « Osez » : organisez-vous avec les personnes qui semblent travailler sur des sujets qui vous plaisent, proposez votre aide, proposez de prendre en charge un sujet, une réunion dans un espace collaboratif ou au mutualab... une recherche bibliographique, une veille, la réalisation d'un élément de prototype... apportez vos compétences, vos idées, apprenez sur le tas (tout en étant tolérant et patient avec les autres, les débutants notamment).
Initiateur
Participants