Soutenance mémoire
Présentation du sujet
Le Wave Glider et un drone maritime autonome développé par la société américaine Liquid Robotics.
Commercialisé depuis 2003, cet équipement permet d’effectuer diverses mesures en mer en temps réel sans utiliser de bateaux, de personnel offshore, et ce, quel que soit les conditions météo. Les données peuvent être transmises directement au client à travers la connexion 3G ou encore satellitaire (Iridium). Le Wave Glider est modulable selon ses missions et il est possible de lui rajouter une grande variété de capteurs (houle, courants, bathymétrie, fluorométrie, etc.) avec pour seule limite l’énergie électrique consommée et le poids des capteurs. Ses domaines d’applications sont variés :
Mesures en temps réel des conditions météo (température, pression atmosphérique, vitesse et direction du vent).
Campagnes de relevés océanographiques (oxygène dissous, fluorométrie, étude des courants, pluviométrie, bathymétrie)
Contrôle de la santé des récifs, étude physico-chimique de l’eau.
Surveillance de trafic maritime.
Détection et mesure de pollution.
Support opérationnel à des campagnes de prospection.
L’interface web de pilotage WGMS (Wave Glider Management System) permet de le commander à distance à travers des commandes envoyées par satellite ou 3G et également de connaître sa position GPS en temps réel 24h/24h. Du fait de la complexité d’utilisation et de visualisation des données, une de mes missions a été d’implémenter une nouvelle interface simplifiée qui permettra de visualiser la position GPS du drone, les données télémétriques (position GPS, vitesse, cap, …) ainsi que les différentes informations des capteurs utilisés.
Le drone possède un ordinateur embarqué, le CCU (Command Control Unit) et un système d’exploitation Regulus qui est entièrement codé en Java. En vue de l’intégration de nouveaux capteurs, j’ai donc été amenée à étudier le code source du système afin de l’adapter à d’autres capteurs, et voir comment sont enregistrées, compressées et transmises les données reçues.
Un autre des objectifs de ce stage est également de démarcher auprès des clients afin d’analyser les besoins des entreprises dans le domaine maritime. L’eau étant la ressource la plus importante de Nouvelle Calédonie, qui possède également le plus grand lagon du monde, cet équipement est donc au cœur des projets environnementaux et peut être d’une aide précieuse aux institutions de recherche et de développement.
Présentation d’ASSYSTEM
Groupe ASSYSTEM
ASSYSTEM est un groupe d’Ingénierie et de conseil en innovation présent dans 19 pays. Avec près de 12 000 collaborateurs, ASSYSTEM est depuis plus de 45 ans un partenaire de référence des plus grands groupes industriels mondiaux tels que Areva, Eads-Airbus, EDF, Thales, Total, General Electric.
ASSYSTEM possède un savoir-faire au service de l’industrie, notamment sur les secteurs de l’aéronautique, du naval et de la défense, de l’énergie et du nucléaire, et de l’automobile. La société intervient auprès des grands donneurs d’ordre pour des missions d’ingénierie d’infrastructures complexes et de R&D externalisée.
ASSYSTEM Pacifique
Implantée depuis 2003 en Polynésie française, ASSYSTEM développe ses compétences en ingénierie de systèmes et en maîtrise des technologies dans les domaines naval, médical, de la sûreté et des télécommunications. Elle a notamment participé à la création du premier service d’imagerie par résonance magnétique comme du premier service de radiothérapie. Depuis 2006, ASSYSTEM a su grandir en compétence en accompagnant en Nouvelle Calédonie GE Healthcare dans le domaine médical et en développant parallèlement ses activités d’ingénierie et de services dans l’industrie minière ainsi que dans les systèmes de sûreté.
Le Wave Glider
Historique du Wave Glider
Les concepteurs du drone: Joe Rizzi et Roger Hine, rejoints par James Gosling, comme responsable informatique, qui n’est autre que l’inventeur du langage informatique Java, sont des entrepreneurs de la Silicone Valley (Californie), originaires ou amoureux d’Hawaï. Loin de leur archipel, ils conçoivent en 2003 un équipement qui consistait à valider le fait qu’un système pouvait permettre à un ordinateur de fonctionner en mer, se voulant totalement autonome en énergie, et permettant d’enregistrer et filmer des baleines qui fréquentent les abords de Big Island. Une fois captées, les données seraient transmissent à terre afin d’être écoutées et visionnées – Le Wave Glider était né.
En 2007 ils créent en Californie la société Liquid Robotics afin d’industrialiser l’outil pour en 2012 en avoir vendu pas moins 100 et obtenir le record mondial (Guinness) pour la traversée de 17,000 kilomètres (9,000 miles nautiques) entre San Francisco et Brisbane en 9 mois soit en moyenne plus de 60km par jour. A cette même période, Assystem Pacifique entame des échanges commerciaux avec Liquids Robotics afin de prévoir l’acquisition de drones et la formation de ses techniciens. Fin 2015, Assystem reçoit ses deux Wave Glider l’un implanté en Nouvelle-Calédonie et l’autre en Polynésie française.
Comment fonctionne-t-il ?
Le Wave Glider fonctionne grâce l’énergie solaire et la houle lui permettant de n’émettre aucune nuisance sonore ni environnementale (CO2, hydrocarbure). Il est composé d’un flotteur qui intègre l’électronique embarquée ainsi que des panneaux solaires pour la fourniture d’énergie d’appoint. Le planeur sous-marin est situé à 4 ou 8 mètres de profondeur et assure la propulsion par effet de houle : les ailettes articulées transforment le mouvement vertical en propulsion vers l’avant. Il est ainsi complètement autonome et peut rester jusqu’à un an en mer avec une vitesse moyenne de 1,8 nœud (1 m/s).
Système et protocole de communication
Le système de communication est entièrement contrôlé par l’Unité de Contrôle et Commande (CCU) embarquée dans une boîte étanche située dans le Wave Glider. Le CCU se charge d’envoyer les données de télémétrie (position GPS, vitesse de déplacement, sens du courant, niveau de la batterie, etc..) et autres données des capteurs à travers des moyens de communications bien définis.
Les 3 canaux de communication utilisés par le CCU sont :
La communication satellitaire grâce à un modem iridium qui envoi les informations au réseau de satellites iridium à travers le protocole TCP/IP ou « Short-Burst Data »
La communication 3G grâce à une antenne cellulaire située sur le flotteur et un modem 3G.
La communication Wifi établie par un modem wifi permettant de communiquer directement avec le Wave Glider dans un rayon de 10 mètres.
Interface graphique simplifiée
L’interface graphique WGMS est assez complexe et destinée principalement aux administrateurs du drone marin pour le pilotage et la surveillance de ses missions. Nous avons voulu créer une nouvelle interface plus simple et plus esthétique pour présenter les données aux clients potentiels qui souhaiteraient suivre le drone ou une mission en particulier sans avoir accès aux commandes.
Cahier des charges
Le site doit permettre à l’utilisateur de se connecter à son compte via ses identifiants que nous lui attribuons.
Le client a un accès limité à la position GPS du Wave Glider, à ses données de télémétrie ainsi que les informations météo sous forme de tableaux et de graphiques.
Les données seront actualisées toutes les 24h à partir du serveur de WGMS dans un premier temps.
Les informations des deux Wave Glider (Nouvelle Calédonie et Polynésie Française) seront présentées dans cette interface et seront affichées selon qu’il s’agisse d’un utilisateur de Nouvelle-Calédonie ou de Polynésie Française.
Pour développer ce site, j’ai choisi d’utiliser le langage de programmation web HTML, PHP, CSS ainsi que Javascript et son API Google Map pour l’intégration de la carte. La mise en page du site a été effectuée par l’outil Bootstrap qui est un framework CSS qui m’a permis d’adapter le site au format d’écran des téléphones portables et des tablettes. Pour le stockage et la gestion des données, le SGBD MySQL a été utilisé. J’ai créé mon Modèle Conceptuel de données et mon Modèle Logique de données à partir du logiciel JMerise.
La table « vehicle » contient les deux Wave Glider d’Assystem Pacifique (‘Nathae’ pour la Nouvelle Calédonie et ‘Teremiti’ pour la Polynésie Française) ainsi il sera possible de visualiser les données d’un des deux Wave Glider selon si l’utilisateur vient de NC ou de PF. Chaque donnée sera affectée à un identifiant véhicule afin de différencier les données des deux Wave Glider.
La table « user » contient les informations de nom, login, mot de passe ainsi que l’identifiant du véhicule pour chaque utilisateur. Cette table contient aussi les droits associés à chaque utilisateur.
La table « telemetry » contient toutes les informations liées au statut du Wave Glider. (Position GPS, vitesse de déplacement, vitesse des courants, cap, etc).
La table « meteo » contient toutes les informations météo relevées par la station météo du Wave Glider toutes les 10 min. La table « map » contient toutes les positions GPS du Wave Glider afin d’afficher la dernière position sur la carte.
Pour alimenter notre base de données, nous avons exporté les données via l’interface Data Portal 2 de Liquid Robotics. Cette interface nous permet de choisir les types de données (de la télémétrie ou d’un capteur particulier) à une date précise puis génère un lien URL qui nous permet de télécharger le fichier de données en format CSV. J’ai ensuite injecté le fichier CSV dans mon code PHP afin de l’importer dans notre base.
Projets/Missions
Inauguration officelle du Wave Glider
Le Wave Glider étant un équipement novateur sur le territoire de Nouvelle Calédonie, la société ASSYSTEM a organisé le mardi 19 juillet une inauguration visant à le présenter officiellement via une mise à l’eau et une démonstration, première étape d’un périple de deux semaines le conduisant à l’île de Lifou. Durant ce trajet, j’ai eu pour mission d’intégrer des capteurs sur l’équipement afin de pouvoir faire des photos extérieures et également d’écouter les baleines présentes sur le trajet durant les mois de juillet/août. Cette sortie est une occasion unique pour effectuer des mesures en mer : mesure de courants de surface (direction, vitesse) et de données météorologiques (température, pression, vitesse et direction du vent).
Cette inauguration s’est déroulée aux abords de l’îlot Goéland en présence d’une trentaine de personnes de sociétés maritimes ou d’institutions de recherche (IRD, Affaires maritimes, MRCC, CAPSE, Aires marines protégées, Ecole des métiers de la mer, Société Le Nickel, le Cluster maritime, les journalistes…) que nous avons accueilli sur deux catamarans. Nous avons ensuite effectué une mise à l’eau à l’aide d’une grue capable de soulever cet équipement de 150 kg puis nous avons effectué une démonstration du fonctionnement du drone avant de le lancer pour sa première mission inaugurale en direction de Lifou.
Voyage inaugural
Le Wave Glider a été baptisé ‘Nathae’, nom d’un récif corallien en langue Drehu. Le Drehu est la langue principalement parlée sur l’île de Lifou, c’est pourquoi nous avons décidé de l’envoyer sur cette île pour un premier voyage inaugural. Lifou est une des 3 îles des Iles Loyautés de Nouvelle Calédonie, et également la plus importante par sa superficie de 1207 km² et une population de 9275 habitants. Elle est également une aire coutumière divisée en 3 districts chacun dirigé par un grand chef. Nous nous sommes rendus pour cette coutume au district de GAICA et nous avons été accueillis pour une cérémonie coutumière par le Grand Chef qui a accepté la venue du drone
Des scolaires parties prenantes du projet
Tout au long du projet inaugural des écoles du territoire ont été impliquées dans le projet permettant à certains jeunes scientifiques du groupe scolaire de Yahoué (Mont Dore), Yvonne Dupont (Nouméa), Drueulu et Traput (Lifou) de suivre de prèscette première mission dans notre pays et de les sensibiliser à des projets environnementaux et marins.
Gestion et pilotage du projet
Afin de permettre au drone de naviguer dans les eaux calédoniennes et de collecter des données scientifiques en mer, nous avons dû demander l’autorisation des provinces et informer les Affaires Maritimes de sa présence. Concernant le trajet à suivre, j’ai configuré le parcours théorique en plaçant des « waypoints » c’est-à-dire des points de passage du drone dans l’interface graphique WGMS. Le choix de ces points a été déterminé à l’aide de la carte nautique du SHOM (Service hydrographique et océanographique de la marine) qui permet de connaître la profondeur des eaux, la position de chaque îlot, de chaque récif et des passes afin d’éviter toute collision avec le drone.
Projets à venir
Les projets de mesure en mer avec ce drone maritime se feront principalement dans la Zone Economique exclusive de Nouvelle Calédonie mais il est également envisagé une traversée Nouvelle Calédonie-Polynésie Française, celle-ci ayant déjà signé un contrat pour le projet THOT (Tahitian Ocean Time series) en partenariat avec l’IRD et le CNRS.
L’objectif de ce projet est de mettre en place une station d’observation océanographique hauturière pour aider à la compréhension de l’impact des changements climatiques et des risques naturels à l’échelle de la Polynésie Française. Il s’agira de déployer des plateformes océanographiques autonomes (flotteurs, profileurs équipés de capteurs adéquats) pour observer les 1000 premiers mètres de la colonne d’eau et de développer une plateforme océanographique autonome capable de se déplacer horizontalement pour maintenir une position, faisant ainsi office de mouillage virtuel.
D’autres projets sont en cours de prospection tels que :
L’étude des requins à l’aide de tags et balises acoustiques de type Vemco Vr2C.
La campagne de tags et balises récepteur pour suivi de dugong et tortues.
Le comptage de passage de bateaux/voiliers près des îles Chesterfield, lieu de reproduction des tortues.
Des applications de bathymétrie, des levées topographiques dans les zones isolées du lagon mais aussi des mesures GPS du niveau de la mer.
La possibilité de tracter ou localiser des DCP (dispositifs de concentration de pêche).
Les mesures de houle et de pluviométrie.
Au-delà d’une volonté de créer un lien supplémentaire dans le pacifique entre les iles de Rangiroa (Polynésie Française) et Lifou, Assystem a prévu de proposer à la location son drone afin de permettre à tous ceux qui travaillent autour des métiers de la mer de pouvoir utiliser cet équipement. Si nous associons l’immensité du Pacifique à l’ingéniosité des professionnels de nos territoires aux ouvertures qu’offrent cet engin, Assystem Pacifique est en droit d’espérer voir son drone Nathae voguer sur bons nombres des futurs défis.
De grands opérateurs du domaine de la recherche océanographique et météorologique appliquée et de l’opérationnel se sont dotés de waves gliders :
– La NOAA américaine (National Oceanographic and Atmospheric Administration).
– Le CEFAS britannique (Centre for Environment Fisheries and Aquaculture Science).
– L’Université Cornell (Etat de New York).
– Le consortium PLOCAN (Plateforme océanographique des Canaries.
– BP en matière de mesure de qualité des eaux ou encore Boeing en matière de Défense en mer.
Conclusion
Ce stage de fin d’étude effectué au sein de l’entreprise ASSYSTEM Nouvelle Calédonie m’a permis de mieux connaître le métier d’ingénieur et les missions qui m’ont été proposées ont parfaitement répondues à mes attentes. J’ai pu travailler sur un équipement innovant en Nouvelle Calédonie et qui offre une infinité d’application et de sujets d’étude. Ce stage a également été pour moi une expérience très enrichissante sur le plan culturel (cérémonies coutumières, sorties en mer, passage dans les écoles, communications en anglais avec le fournisseur).
J’ai appris beaucoup de choses tant dans le milieu professionnel que dans les relations humaines de l’entreprise, j’ai su développer mon sens de la critique et mon sens des responsabilités. L’ensemble de du personnel de l’entreprise m’a rapidement intégrée au sein de la société ce qui m’a permis d’être à l’aise avec eux.
J’ai pu mettre en application et améliorer mes connaissances techniques en informatique et télécommunications en m’adaptant à une nouvelle technologie et en travaillant en autonomie. J’ai rencontré quelques difficultés que j’ai résolues grâce à ma persévérance et l’aide de mes tuteurs. J’ai également mis en pratique mes connaissances en gestion de projet au travers des missions qui m’ont été confiées.
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Table des matières
Remerciements
Résumé
Abstract
Table des matières
I. Présentation du sujet
II. Présentation d’ASSYSTEM
III. Le Wave Glider
a) Historique du Wave Glider
b) Architecture du Wave Glider
c) Système et protocole de communication
IV. Interface de pilotage WGMS
V. Interface graphique simplifiée
a) Cahier des charges
b) Base de données
c) Mode d’emploi de l’interface
VI. Projets/Missions
a) Inauguration officelle du Wave Glider
b) Voyage inaugural
c) Gestion et pilotage du projet
VII. Résultats de la mission
a) Statistiques du voyage aller
VIII. Projets à venir
IX. Conclusion
Bibliographie
Annexes
Spécifications techniques du Wave Glider
Liste des fonctions php
Portée médiatique du projet
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