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Instrumentation embarquée : les instruments

Afin de permettre aux scientifiques français de contribuer à une meilleure gestion de la zone côtière et de déterminer son rôle dans le fonctionnement de notre planète, la Division Technique de l’INSU et son armement de 60 marins gèrent une flottille de navires répartis sur les deux façades Méditerranée et Mer du Nord-Manche-Atlantique, ainsi que le parc instrumental embarqué.

Les navires sont équipés d’instruments scientifiques enregistrant en permanence des données physiques des océans. Le service « Instrumentation des Navires » de la Division Technique de l’INSU a pour but d’une part de garantir le bon fonctionnement en continu de ces appareils, et d’autre part de traiter et mettre à disposition les données que les navires acquièrent.

Les types d’instruments installés à bord des différents bateaux

Le thermosalinographe (TSG)

Thermosalinographe Seabird SBE21

De marque Seabird (SBE21 ou SBE45 pour les microTSG), il est équipé de capteurs de température et de conductivité, et relié à une sonde déportée de température (SBE38) et à un fluorimètre (uniquement le Téthys II). Cet instrument mesure les données de température et de salinité de surface pendant que le navire est en route.

En plus d’un entretien rigoureux, il doit être régulièrement contrôlé et ré-étalonné afin de garantir la fiabilité de sa mesure. Dans ce but, les appareils du Service sont envoyés en étalonnage après 12 mois de service en mer, et la dérive du capteur de conductivité est suivie grâce à des dosages de la salinité d’échantillons d’eau de mer (prélevés à bord quotidiennement).

Le fluorimètre

De la marque Turner Designs (10-AU-500), il est monté en flux continu sur le Téthys II, relié au TSG. En émettant de la lumière à une longueur d’onde de 340 – 500 nm (vert), sa lampe excite les pigments contenus dans les cellules de phytoplancton et provoque leur fluorescence (émission d’une lumière à une longueur d’onde >665 nm, donc rouge).

Fluorimètre Turner designs 10-AU-500

On peut ainsi en déduire la concentration relative en pigment, notamment la chlorophylle a, de l’eau de mer, la mesure de la chlorophylle a étant utilisée comme indicateur de la biomasse phytoplanctonique dans les eaux naturelles.

Le courantomètre de coque à double effet Doppler

Le Tethys II et le Côtes de La Manche sont équipés de profileurs de courant à effet Doppler (VmADCP) permettant la mesure en continu de profil de courant, c’est-à-dire de la vitesse de l’écoulement d’une colonne d’eau sur plusieurs couches d’épaisseur déterminée.

Principe de fonctionnement du VmADCP embarqué sur le Téthys II

Le VmADCP utilise le principe de l’effet Doppler : un signal émis de fréquence fixe, rencontrant une source en mouvement, sera perçu par un observateur immobile avec une fréquence décalée. Cet écart entre la fréquence du signal émis et la fréquence du signal reçu est directement lié à la vitesse relative de la source par rapport au récepteur. Ce principe est valable en acoustique, en optique ou en électromagnétique.
Les courantomètres à effet Doppler mesurent la vitesse de déplacement de matières en suspension. N’ayant pas de mouvement propre, ou alors négligeable devant la vitesse du courant, le déplacement de ces particules traduit donc la vitesse du courant marin.
La particularité d’un ADCP embarqué tient à ce qu’il est en mouvement : la partie importante du traitement des données consistera à soustraire la vitesse du navire et à s’affranchir des perturbations causées par ses mouvements propres (roulis, tangage). Afin d’évaluer le mieux possible ces mouvements propres, les navires sont équipés de GPS 2 têtes (Hemisphere VS330) permettant de mesurer leur position, leur cap et leur attitude (roulis/tangage) très précisément.

Le câble électroporteur

Câble électroporteur embarqué typique

II s’agit d’un câble en acier constitué en son centre d’une âme contenant plusieurs conducteurs. Il a pour fonction d’alimenter les appareils de mesure tout en acheminant les données vers la centrale d’acquisition.
Le diamètre du câble utilisé varie suivant son utilisation, plus précisément suivant l’effort de traction qu’il subit. Par ailleurs, pour assurer une continuité électrique du câble lors de son enroulement ou déroulement sur le tambour du treuil, un système de contacts tournants est fixé à une extrémité de l’arbre du tambour.

Le système d’acquisition et de communication des données

Ce service permet la communication bidirectionnelle entre la terre et les navires en utilisant une liaison hertzienne. L’échange bidirectionnel de fichiers utilise les serveurs FTP situés à terre et à bord des navires. Sur les navires, le système est en libre accès dans la limite d’un volume quotidien de 4 Mo actuellement. L’interface à terre est le serveur web cofin.dt.insu.cnrs.fr et les transmissions reposent sur les mêmes critères que pour le mail : authentification de l’utilisateur et volume limité.

Ce système est conçu également pour permettre l’acquisition de données en provenance des différents capteurs du bord (navigation, météo et capteurs scientifiques). Pour certains capteurs, cette acquisition se fait directement sur le serveur Neptune qui stocke ces données, les affiches dans le laboratoire par l’intermédiaire du PC Pénélope et les transmet sur un serveur à terre quand la liaison 3 G est active. Pour d’autres, en particulier pour les capteurs scientifiques, il est nécessaire de transiter par un PC d’acquisition spécifique au capteur en amont du serveur Neptune.
Pour mémoire le volume global de ces capteurs n’excède pas 1 Mo/24h par navire hors ADCP. Ce système est maintenant obsolète et est en cours de remplacement (voir l’article suivant).

Contact : Emmanuel Alessandrini, capitaine d’armement