Les systèmes de positionnement acoustique sous-marin permettent de localiser et de suivre des véhicules, des instruments, des plongeurs et des infrastructures immergés lorsque les signaux GNSS ne sont pas disponibles. À l'aide de mesures du temps de propagation acoustique, de la phase ou de l'angle, ces systèmes calculent la distance et le relèvement entre les cibles sous-marines et des points de référence connus.
Cette page présente les principaux fabricants de systèmes de positionnement acoustique sous-marin, notamment les systèmes USBL, SBL et LBL destinés aux applications offshore et océanographiques.
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Capteurs inertiels et systèmes de positionnement acoustique de haute précision pour applications marines, maritimes et offshore
Solutions de pointe en matière d'imagerie et de positionnement sous-marins pour l'exploration sous-marine
Solutions de repérage et de récupération acoustiques sous-marines pour les actifs sous-marins critiques
Solutions innovantes de véhicules sous-marins autonomes pour les applications sous-marines dans les domaines de la recherche, de la science et de la sécurité
Technologies de détection sous-marine innovantes et hautement performantes pour le secteur marin
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Les systèmes de positionnement acoustique sous-marin permettent de localiser des véhicules, des instruments, des structures, des plongeurs et d’autres éléments immergés dans les zones où les signaux du système mondial de navigation par satellite (GNSS) ne parviennent pas. La mesure du temps de propagation acoustique, de la phase du signal ou de l’angle permet de déterminer la distance, le relèvement, ou les deux, entre des points de référence connus et une cible sous-marine. Les données GNSS de surface, l’assiette du navire, la profondeur, la synchronisation et la vitesse du son sont ensuite combinées pour calculer une position sous-marine locale ou géoréférencée.
Un système de positionnement acoustique sous-marin peut fournir une position indépendante ou corriger la dérive au sein d’une solution de navigation plus large. Les performances dépendent de la géométrie, de la distance, de l’alignement, du mouvement de la plate-forme, de la synchronisation, de la qualité du signal, des trajets multiples, des obstacles et des variations de la vitesse du son. Le choix du système doit tenir compte de la précision, de la profondeur, du taux de mise à jour, de la durée de la mission, des conditions environnementales et des infrastructures disponibles.
Les systèmes de positionnement acoustique sont généralement classés en fonction de l’espacement et de la disposition de leurs transducteurs, transpondeurs, répondeurs ou points de référence sur les fonds marins.
Système de positionnement acoustique sous-marin Subsonus USBL d’Advanced Navigation.
Les systèmes de positionnement acoustique à base ultra-courte utilisent un réseau compact monté à bord d’un navire pour déterminer la distance et la direction d’un transpondeur ou d’un répondeur sous-marin. La distance est déduite du temps de propagation acoustique, tandis que la direction est calculée à partir des différences de phase ou de temps entre les différents éléments du réseau. Les mesures sont combinées avec la position en surface, le cap et l’assiette. L’étalonnage, la stabilité du mât, les décalages des bras de levier, les mouvements du navire et les conditions acoustiques influent sur les performances.
Un système de positionnement acoustique à base courte utilise plusieurs transducteurs installés sur un navire, une structure ou une plate-forme. Leur espacement permet de calculer la position de la cible à partir des distances mesurées ou des différences de temps. La précision dépend de l’emplacement des transducteurs, de la longueur de la base, de la géométrie, de la synchronisation et de la compensation des mouvements.
Un système de positionnement acoustique à grande ligne de base utilise plusieurs transpondeurs placés à des emplacements relevés sur les fonds marins. Un véhicule ou un instrument mesure les distances par rapport à ces repères afin de calculer sa position au sein ou à proximité du réseau. Le système LBL offre un positionnement stable et reproductible, moins dépendant de la position du navire de surface, mais nécessite un déploiement, un étalonnage, une gestion des batteries et une récupération.
Les configurations LBL à réseau clairsemé réduisent le nombre de références fixes sur les fonds marins en combinant les distances acoustiques avec des données inertielles, de vitesse, de profondeur ou de mouvement du véhicule. Cela permet de réduire le temps de mobilisation et l’équipement nécessaire sur les fonds marins. Une redondance géométrique moindre accroît la dépendance vis-à-vis des trajectoires du véhicule, de la synchronisation, de la fusion des capteurs, du rejet des valeurs aberrantes et de la surveillance des incertitudes.
Les systèmes acoustiques sous-marins soutiennent la recherche scientifique, l’ingénierie sous-marine, les opérations de levé, le suivi des plongeurs et le contrôle des navires chaque fois qu’il est nécessaire de déterminer la position d’un actif immergé.
Système de positionnement acoustique, nœud de capteurs Subsea Sentinel, de Cellula Robotics.
Les équipes hydrographiques utilisent le positionnement acoustique pour suivre les balises remorquées, les véhicules télécommandés (ROV), les plates-formes d’échantillonnage et les instruments posés sur les fonds marins. Les données de position relient les mesures aux coordonnées, enregistrent les emplacements de déploiement et facilitent la relocalisation ou la récupération des équipements.
La recherche sur la colonne d’eau peut nécessiter le suivi de profileurs, de caméras, de filets, d’échantillonneurs et de véhicules sous-marins autonomes (AUV). Le positionnement acoustique permet de reconstituer les trajectoires d’échantillonnage et les transects répétés. La fréquence de mise à jour, la portée, la puissance, la précision et l’incertitude doivent être adaptées à la plateforme et aux objectifs.
Les projets d’archéologie marine utilisent le positionnement acoustique pour géoréférencer les véhicules, les systèmes d’imagerie, les plongeurs, les outils et les objets récupérés. La surveillance environnementale recourt à des méthodes similaires lors de la réévaluation d’habitats, de stations sédimentaires, de sites contaminés ou de capteurs à long terme. Un positionnement reproductible permet de distinguer les changements environnementaux des différences liées aux relevés ou au placement.
Les équipes de construction sous-marine utilisent le positionnement acoustique pour guider les véhicules, les outils et les capteurs autour des câbles, des conduites, des fondations, des puits et d’autres installations. Les données de positionnement facilitent le placement, l’inspection, la métrologie, la surveillance de la mise en place et les levés conformes à l’exécution. Les travaux de haute précision peuvent combiner des données acoustiques, inertielles, de vitesse Doppler, de profondeur, sonar et optiques.
Un système acoustique peut fournir une référence relative entre un navire de surface et un transpondeur sous-marin fixe ou mobile. Cela peut faciliter le positionnement dynamique (DP) à proximité d’actifs sous-marins. Les opérateurs doivent tenir compte de la continuité, de la latence, de la géométrie, de la redondance, des interférences, des seuils d’alarme et des biais non détectés.
Un système complet de positionnement acoustique sous-marin peut inclure les composants suivants :
La précision finale dépend également des décalages des transducteurs, de l’alignement angulaire, des délais de réponse, des systèmes de coordonnées, de la synchronisation des horloges et de la qualité du traitement.
Le positionnement acoustique est souvent intégré à d’autres capteurs de navigation afin d’améliorer la continuité, la stabilité et la précision entre les mises à jour acoustiques :
Ces données peuvent être combinées par le biais d’une fusion de capteurs à couplage lâche ou étroit. Les systèmes robustes surveillent les résidus, rejettent les mesures invalides, estiment l’incertitude et définissent le comportement en cas de perte de mises à jour.
Système de positionnement acoustique sous-marin, USBL DAT, de Teledyne Marine.
La configuration d’un système de positionnement acoustique doit tenir compte de la taille du véhicule, de sa puissance, de sa profondeur d’opération, de ses mouvements, de son champ de vision acoustique et de son architecture de communication.
Les véhicules télécommandés (ROV) sont généralement équipés d’un transpondeur ou d’un répondeur pour l’inspection, l’échantillonnage, l’intervention et la construction. Les données acoustiques peuvent mettre à jour le système de navigation inertielle (INS) du véhicule. L’intégration doit tenir compte des forces exercées par le câble d’amarrage, de l’occlusion acoustique, du bruit des propulseurs, de l’assiette, des décalages des capteurs et des référentiels de coordonnées.
Les véhicules sous-marins autonomes (AUV) utilisent des mises à jour acoustiques pour corriger leur dérive sans remonter à la surface pour capter le signal GNSS. Ils peuvent naviguer par rapport à des balises fixées au fond marin, à un navire de soutien ou à une plate-forme de surface sans pilote. La fréquence de mise à jour doit être mise en balance avec la consommation d’énergie, l’accès au canal, la portée, la vitesse et les performances du système INS.
Les navires de surface sans pilote (USV) peuvent embarquer un GNSS, des capteurs d’attitude et des émetteurs-récepteurs acoustiques pour suivre des cibles immergées. Le repositionnement permet d’améliorer la géométrie, de suivre un AUV ou d’étendre la couverture. Les opérations coopératives nécessitent une synchronisation, des communications fiables, un système anticollision et des référentiels de coordonnées partagés.
Les véhicules remorqués se déplacent indépendamment du navire en raison de la forme du câble, du courant, de la profondeur et des manœuvres. Le positionnement acoustique direct est plus fiable que les estimations basées uniquement sur la longueur du câble. La combinaison de la navigation du navire, des mesures de remorquage, de la profondeur, du recul et des repérages acoustiques renforce la précision de l’enregistrement de position.
Les développements actuels visent à réduire les infrastructures fixes, à améliorer la continuité de la navigation et à obtenir davantage d’informations à partir de chaque transmission acoustique :
Ces avancées élargissent les capacités du système tout en renforçant l’importance de la synchronisation, de l’étalonnage, de la cybersécurité, de l’estimation des incertitudes et d’une gestion efficace des canaux acoustiques.
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