Les avantages de la bathymétrie

La bathymétrie est une technique qui va permettre de mesurer la profondeur et le relief sous la surface de l’eau grâce à différents capteurs, une sonde bathymétrique, un sonar ou un laser par exemple. L’objectif d’un relevé bathymétrique vise à mieux connaître la topographie du sol sous la surface de l’eau, comme pourrait le faire par exemple un géomètre pour le relief terrestre.

Le relevé va permettre également de sécuriser la navigation de surface ou sous-marine, mesurer les stocks sous eau et les niveaux d’envasement des lits de rivières et carrières par exemple.

Grâce à la bathymétrie, vous allez pouvoir également établir des cartes bathymétriques des fonds marins que vous allez pouvoir aussi superposer avec une topographie terrestre. Ce procédé technique va tout simplement produire un rendu de type nuage de points.

Aujourd’hui, il faut savoir que les techniques traditionnelles de mesure de la topographie sous-marine ou de l’étude des fonds sont extrêmement onéreuses. Le recours à un drone permet d’optimiser le temps d’opération sur place, diminuer les risques humains et réduire les coûts au minimum.

Les différents types d’échosondeurs

Aujourd’hui, il existe 3 types d’échosondeurs que vous allez pouvoir installer sur votre bateau drone. Pour rappel, une sonde bathymétrique va émettre un signal acoustique qui va rebondir sur le fond et revenir au sondeur. L’objectif consiste à déterminer le temps qu’il aura fallu à l’écho pour être réfléchi par le sol puis revenir au sondeur. On obtient ainsi une mesure de profondeur par rapport à la position du niveau de l’eau.

Il existe donc 3 types de capteurs :

• Le capteur monofréquence, qui est un moyen efficace et peu onéreux d’acquérir des données bathymétriques fiables. Lorsqu’il est combiné avec des fonctionnalités de programmation et de déplacement autonome du drone marin, vous allez pouvoir cartographier des étendues d’eau de taille importante pour des environnements dont le fond est généralement compris entre 50 cm et 100 m.
• La sonde bifréquence de son côté, va émettre en haute et en basse fréquences. Le signal basse fréquence pénètre en partie les sédiments et va ainsi permettre d’estimer une épaisseur de sédiment.
• La sonde multifaisceaux va émettre plusieurs faisceaux en éventail afin d’estimer les profondeurs sur une bande d’une largeur qui correspond à l’ouverture de cet éventail, c’est ce qu’on appelle la fauchée. L’avantage est d’obtenir des mesures sur une largeur importante par rapport au monofaisceau qui ne mesure qu’à la verticale du bateau. En revanche, la sonde multifaisceaux est relativement onéreuse et doit être associée notamment à une centrale inertielle pour connaître son orientation dans les 3 axes pour corriger les données reçues, d’un GPS double antenne RTK pour connaître avec exactitude le cap du bateau et sa position, et également d’un célérimètre pour affiner les données en fonction de la vitesse du son dans l’eau. Aujourd’hui, avec une sonde multifaisceaux, il est possible de réaliser des captations 3D sur des objets spécifiques pour diagnostiquer notamment des anomalies par exemple, comme sur des conduites, sur des quais, ou sur des enrochements.

Le système de positionnement GNSS

Pour fonctionner, le sondeur bathymétrique doit être relié à un système de localisation qui lui fournit sa position. Aujourd’hui, par abus de langage, on parle de GPS alors qu’on devrait parler de GNSS. Un système GNSS est un ensemble qui comprend un récepteur et une constellation de satellites qui va permettre de situer un utilisateur.

Pour obtenir le calcul d’une position, le récepteur doit capter les signaux d’au moins 3 satellites. Parmi les constellations les plus développées, nous avons la constellation américaine GPS, la constellation russe GLONASS, la chinoise Beidou, et enfin la constellation européenne Galileo. 

En mode naturel, c’est-à-dire sans correction, ce calcul permet d’obtenir une précision de l’ordre de plus ou moins 3 mètres.

Positionnement RTK & PPK

Dans la majorité des cas, on va utiliser effectivement un système de positionnement GNSS, mais il est parfois nécessaire d’augmenter la précision des informations reçues. C’est ce qu’on appelle la correction différentielle obtenue grâce notamment aux fonctionnements RTK ou encore PPK.

Le principe de la méthode différentielle est de corriger la position, la longitude, la latitude et la hauteur du rover ou récepteur, dans notre cas, le bateau drone, à partir d’une erreur qui est calculée sur un point connu.

Aujourd’hui, il existe 2 types de bases que vous allez pouvoir installer. L’utilisateur va pouvoir par exemple directement installer une base sur un point connu qui va envoyer par lien radio les corrections au rover, au bateau drone. L’intérêt ici est d’avoir une base qui soit très proche du rover, de quelques mètres, pour être au plus proche de la vérité. L’inconvénient est que vous devez connaître précisément le point sur lequel vous allez installer votre base. 

L’autre solution consiste à se reposer sur une base qui est gérée par un opérateur privé comme TERIA ou Orphéon par exemple en France. Le rover communique ainsi avec la base la plus proche par l’intermédiaire d’un réseau 3G ou 4G et récupère les corrections.

Ces systèmes de correction différentielle permettent d’obtenir des données X, Y, Z centimétriques sur des terrains dégagés. Dès lors qu’une barrière naturelle ou artificielle existe, il faut savoir que cette précision va diminuer et passe rapidement à plus d’un mètre.

Par barrière naturelle, entendons rideaux végétaux ou falaises pour les bassins naturels qui représentent des obstacles qui limitent l’utilisation du GPS.

Le système de positionnement RTK va vous permettre d’obtenir des informations en temps réel alors que de son côté, le GPS PPK va recevoir les informations avec un géotag approximatif et le logiciel traitera dans un second temps les précisions pour corriger ces informations.

Pour réaliser des relevés bathymétriques rapides et précis, vous devez vous assurer de disposer d’un certain nombre d’équipements :

Dans un premier temps, une embarcation adaptée aux contraintes matérielles et d’accès au plan d’eau, un sondeur bathymétrique mono, bifréquences ou multifaisceaux suivant le type d’informations que vous souhaitez récupérer, un système de positionnement GNSS pour connaître la position du bateau drone, éventuellement une station de correction différentielle RTK ou PPK pour augmenter la précision des données reçues, un système de navigation pour le pilotage à distance du bateau drone, une radiocommande longue portée, un système de transmission Wi-Fi pour transmettre des informations de pilotage entre l’opérateur situé sur la berge et le bateau drone, une unité de traitement de données du type PC embarqué qui va vous permettre d’accueillir des progiciels de navigation et surtout vous permettre d’enregistrer toutes les données qui sont reçues par l’échosondeur sans aucune déperdition si vous rencontrez une perte de signal.

Vous allez également avoir besoin d’un progiciel d’acquisition et de visualisation en temps réel des mesures qui sont réalisées par la sonde, comme Hydromagic ou Hypack par exemple. Éventuellement un célérimètre, qui est un instrument de mesure qui permet de mesurer la vitesse du son dans l’eau qui peut varier selon les paramètres du milieu, en fonction de la pression, de la température et de la salinité.

L’objectif avec un célérimètre est d’obtenir des relevés qui sont beaucoup plus précis. Enfin, un abonnement 3G/4G auprès d’un opérateur privé si vous voulez avoir des précisions plus précises avec votre station de correction différentielle RTK ou PPK.

Planifier votre parcours de mission

Pour vous permettre de programmer un parcours de mission automatique, vous devez disposer d’une application dédiée du type QGroundControl ou Mission Planner par exemple. Ce type d’application est spécialement conçu pour contrôler les petits véhicules terrestres, aériens et maritimes depuis votre ordinateur. Grâce à ce type de progiciel, vous allez pouvoir créer des points de cheminement pour des trajectoires de mouvements automatisés. Les contrôles peuvent être établis par l’intermédiaire du Wi-Fi, de périphériques USB ou d’autres ports externes en fonction du type de véhicule que vous souhaitez contrôler.

Ces applications sont dotées de nombreuses options de navigation sur carte et vous allez pouvoir vous déplacer librement et planifier soigneusement votre parcours.

Résultats obtenus avec un sondeur

Tout comme pour les photos aériennes ou les images satellitaires qui ont permis aujourd’hui d’avoir un autre regard de la surface de la Terre, les relevés bathymétriques ont profondément modifié la perception du fond des océans, des mers et des plans d’eau qui nous entourent. Les données enregistrées permettent d’éditer, de visualiser, de restituer la morphologie du fond en 2 ou en 3 dimensions.

Ces données peuvent être visualisées à différents stades de traitement et sous différents aspects. Selon l’objectif final de la mesure, le résultat de la bathymétrie peut être un nuage de points en XYZ, une carte avec des isobathes, des couleurs, des rugosités, un modèle 3D texturé, on peut également obtenir un calcul de cubature et d’évolution de stock sédimentaire et aussi une étude du volume d’eau restant.

La bathymétrie : à quelles problématiques répond-elle ?

Les applications en matière de bathymétrie sont multiples et variées. Un relevé bathymétrique va permettre de connaître avec précision la profondeur d’une zone en eau et la retranscrire sous la force d’une carte ou de plan et ce, quelque soit la nature du site, que ce soit pour un lac, une lagune, une marina, un barrage ou encore une digue.

Nous avons essayé de dresser une liste non-exhaustive de quelques cas d’usage :

Zones maritime

Dans le cadre d’une zone maritime par exemple, il est intéressant de connaître la profondeur des océans, tout d’abord pour permettre d’assurer la sécurité de navigation. Les données que vous récupérerez permettront d’avoir des informations à jour afin de s’assurer que les navires, en fonction de leur tirant d’eau, puissent accéder sans risque aux ports et près des côtes.

Barrages

Pour les gestionnaires de barrages, l’objectif d’un relevé bathymétrique est de connaître notamment le niveau d’envasement des prises d’eau mais également des exutoires de secours.

Bassin de décantation & carrière

Si vous avez équipé votre bateau drone d’une sonde bi-fréquences, vous pourrez aussi estimer les volumes de sédiments à draguer ou ceux qui ont été déjà dragués. Les coûts du dragage sont très importants et l’estimation du volume est vitale afin de les prévoir et de les contrôler. Il est donc fréquent d’effectuer des bathymétries avant et après dragage afin de contrôler le volume des sédiments qui sont dragués.

Réserves naturelles 

Grâce à un bateau drone, vous allez pouvoir également effectuer des prélèvements aquatiques. Ces prélèvements peuvent être d’ordre multiple, mais le plus souvent l’intérêt est d’avoir un vecteur marin qui soit rapide à déployer pour aller à certains endroits sans contaminer la zone et avec le moins de perturbations possible.

Il existe aujourd’hui un nombre varié de capteurs qui peuvent être intégrés sur les drones marins, comme par exemple des filtres pour l’analyse ADN d’espèces animales et végétales ou encore des capteurs qui vous donneront des informations sur la qualité de l’eau comme des valeurs d’oxygène dissous par exemple.

Zones portuaires

Les gestionnaires de ports et chenaux qui sont généralement des collectivités ou des institutionnels cherchent eux aussi des solutions pour suivre l’envasement et ainsi éviter les problèmes de navigation, sans oublier l’optimisation des travaux de nettoyage régulier. 

BTP & Génie civil

Enfin, les relevés bathymétriques vont aussi venir en appui au secteur du BTP, notamment pour aider les maîtres d’ouvrage dans l’exécution de leurs travaux de construction.

La gamme de drones marins Escadrone

Escadrone propose 2 types de drones marins de surface qui sont spécialement dédiés aux travaux techniques et milieux aquatiques.

Le Multiboat et le BathyDrone vous permettront de répondre à de nombreuses applications aquatiques qui vont du simple prélèvement jusqu’aux cartographies et analyses sous-marines les plus poussées. En fonction des équipements que vous allez choisir d’ajouter, vous allez pouvoir réaliser des relevés bathymétriques, effectuer des prélèvements, et d’autres types d’analyses en milieu humide via des intégrations sur-mesure de capteurs.

Multiboat 

Le Multiboat est un véhicule marin autonome, évolutif et multifonctionnel. Sa structure, entièrement démontable, est composée de modules indépendants qui vont lui permettre d’emporter des charges utiles de dimensions très variées. Sa prise en main est extrêmement simple et ne demande presque aucun délai entre l’arrivée sur la zone d’utilisation et le début des opérations. Il est déployable en moins de 10 minutes, dispose d’une autonomie d’environ 4 heures et peut emporter une charge utile d’environ 8 kg.

Aujourd’hui, le Multiboat s’ouvre à d’autres applicatifs. Ses capacités d’emport lui permettent d’embarquer différents accessoires comme un échosondeur uniquement monofréquence afin d’étudier les profondeurs marines, une pompe multi-flacons pour effectuer des prélèvements d’eau. Il va pouvoir également embarquer une sonde d’analyses pour calculer les principaux  paramètres de qualité de l’eau comme la salinité, le pH, la turbidité, etc. Il va pouvoir également intégrer une caméra haute définition qui inclut un zoom qui sera combinée à un projecteur LED étanche qui vont vous permettre de réaliser des inspections en surface, notamment sur des ouvrages d’art qui sont difficiles d’accès, comme l’étude des capacités portantes des ponts en arc, ce que l’on appelle l’intrados, afin de diagnostiquer des anomalies qui pourraient éventuellement provoquer un effondrement.

Le Multiboat présente de nombreux avantages: un encombrement minimum, il est facilement transportable car l’ensemble tient dans une valise de rangement qui pèse moins de 20 kg que vous pourrez embarquer sans aucun problème dans votre utilitaire. Son déploiement est extrêmement simple et rapide, en moins de 15 minutes sans forcément recourir à une rampe d’accès. C’est également une solution économique car moins onéreuse que des méthodes traditionnelles. Le Multiboat mobilise un seul opérateur pour son fonctionnement et réduit notamment les risques humains car vous allez pouvoir automatiser vos missions depuis la berge. Il vous permet également un gain de temps considérable grâce à l’automatisation des missions de navigation.

Chez Escadrone, nous travaillons également sur des évolutions du Multiboat comme l’ajout d’une caméra sous-marine, l’ajout d’un filet de récupération pour collecter notamment les déchets flottants dans un but de préservation de l’environnement.

Bathydrone VASCO

Dernier né de la gamme bathydrone, le nouveau modèle VASCO est le fruit d’un travail mené depuis 3 ans par deux experts en bathymétrie, il combine les avantages du Multiboat et du SUMO dans un format compact et stable.
Ce drone marin conjugue performance, rapidité, robustesse et précision. Sa conception lui confère une stabilité optimale à haute vitesse pour évoluer dans différents environnements (eaux intérieures, rivières et frange littorale).
Livré avec 2 batteries échangeables à chaud, vous pourrez travailler en toute sécurité pendant près de 8 heures.
Conçu pour être opérationnel en moins de 10 min, vous n’aurez besoin que d’un seul opérateur pour le déployer sans difficulté quel que soit l’environnement où vous vous trouvez grâce à son chariot de transport démontable.

Le modèle VASCO intègre un GNSS RTK multibande pour recevoir des données centimétriques. La création d’un puits central multicapteurs au centre du bateau garantie l’emport d’un grand nombre d’instruments du marché pour vous permettre de switcher d’un instrument à l’autre en 2 minutes et sans outil.
Vous pourrez ainsi selon l’objectif de votre levé installer de manière autonome un sondeur monofréquence ou bifréquence, un célérimètre pour mesurer la vitesse du son, une sonde ADCP pour le jaugeage en rivières mais également une sonde multiparamètres pour effectuer des analyses.

Bathydrone SUMO

Le BathyDrone SUMO se présente sous la forme d’un catamaran qui mesure 1 m de long pour 80 cm de large. Il est destiné aux eaux intérieures et bénéficie d’une propulsion électrique, est conçu avec une coque en fibre de verre et pèse environ 20 kg en incluant la sonde monofaisceau. Vous devrez malgré tout avoir un tirant d’eau de 20 cm minimum avant de le plonger. Le SUMO peut être transporté et mis à l’eau par un seul opérateur et, chose importante, ses moteurs ne sont jamais en contact avec le sol ou le fond de l’eau, ce qui permet véritablement de le poser sur n’importe quel support sans risque de casser ou endommager quoi que ce soit sur le drone.

L’interface de contrôle et de programmation de missions automatiques a été conçue pour que les utilisateurs aient les informations importantes en vue et puissent maîtriser les acquisitions du drone et contrôler ses déplacements. Les capteurs sont directement interfacés avec le contrôleur de navigation et votre ordinateur au sol qui réceptionne les données acquises en temps réel et lui permet d’interagir avec les logiciels de bathymétrie comme Hypack ou Hydromagic.

Le SUMO est équipé de 2 moteurs qui sont alimentés par des batteries de 16V qui permettent également d’alimenter les appareils qui sont embarqués. Son autonomie est de 8h et le choix de direction se fera notamment en changeant la puissance des moteurs. En termes de navigation, il peut se déplacer à une vitesse maximum de 2m/sec, sachant que sa vitesse de travail est légèrement inférieure soit l’équivalent d’1,5m/sec. Il accepte des vents maximum de 40km/h et bénéficie de 3 modes de navigation. Un mode manuel qui laisse le contrôle total à l’utilisateur, un mode semi-automatique qui permet au drone de suivre un cap à vitesse fixe, et un mode complètement automatique où le drone va suivre une série de transects qui sont des lignes virtuelles définies par l’utilisateur sur l’ordinateur. La radiocommande a une portée équivalente à 1km depuis votre station de travail sur la berge, et vous disposerez également d’un système de transmission en temps réel vers la berge.

Les données bathymétriques visibles en direct sur la berge sur l’ordinateur, aujourd’hui en exemple sur l’image depuis Hydromagic. Grâce à cette application, vous pourrez contrôler tous les paramètres d’acquisition. Vous allez également pouvoir programmer des alarmes, notamment lorsqu’il n’y a pas de fond, lorsque le système RTK a été perdu, ou lorsque le bateau est en dehors de la zone d’acquisition. L’échelle de couleurs est également paramétrable selon vos désirs. Enfin, les altitudes sont directement calculées sur la base du réseau IGN69 qui est la base officielle de nivellement en France métropolitaine.

Le SUMO permet également l’ajout d’équipements optionnels comme par exemple l’ajout d’un treuil que vous allez pouvoir fixer à l’arrière de bateau qui va permettre de descendre des instruments de mesures dans l’eau jusqu’à 80m de profondeur. Le treuil est pilotable depuis la berge. C’est un bateau évolutif, c’est-à-dire que vous allez pouvoir acquérir le bateau dans un premier temps et pouvoir ajouter au fur et à mesure les équipements dont vous avez besoin sans aucun problème. Il bénéficie également d’un système de prélèvement de sédiments solides grâce à une benne de prélèvement qui est actionnée par le treuil, et vous allez pouvoir également ajouter un système de prélèvement d’eau en flaconnage pilotable depuis la berge.

Dans sa version de base, le SUMO est équipé d’une antenne GPS RTK qui est montée sur le bateau et raccordée au PC pour vous permettre d’avoir le cap et la position du bateau. Il est équipé d’un modem 3G inclus dans le récepteur GNSS, d’un système de transmission de données longue portée, d’une sonde monofréquence avec une portée de 100m, sachant que vous allez aussi pouvoir ajouter une sonde bifréquence ou multi-faisceaux selon vos besoins. Il est également doté d’un système de transmission de données 5 GHz longue portée, d’un module pour PC qui va inclure les antennes, d’un contrôleur de navigation Pixhawk, d’un logiciel Mission Planner ou QGroundControl, de deux batteries 16V et d’un chargeur de batterie.

Formation à l’utilisation de drones marins

Important également à signaler, lorsque nous commercialisons un BathyDrone, vous pouvez choisir de bénéficier d’une formation à la fois sur le drone mais également à Hydromagic. C’est une formation de 7h qui a pour objectif de vous présenter le matériel, de vous apprendre à gérer la navigation, comprendre comment utiliser les capteurs, etc. Vous pourrez également bénéficier d’exercices pratiques sur l’eau et apprendre à traiter les données. 

Vous avez également la possibilité, parce qu’Escadrone est un centre de formation, d’avoir une prise en charge par votre OPCO. La formation a généralement lieu en Haute-Savoie mais nous pouvons parfaitement la réaliser sur site en fonction de votre lieu de localisation. 

La formation peut également être dispensée lors de votre première prestation, c’est-à-dire que si vous avez commercialisé une prestation auprès de vos clients, nos experts peuvent vous accompagner le jour de la prestation que vous devez réaliser. Cette formation fait donc guise de prestation, pour être un peu plus serein le Jour J et vous apprenez comme ça à vous servir du BathyDrone et d’Hydromagic.

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