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Equipex IAOOS

Contexte global

Le projet IAOOS (Ice, Atmosphere, arctic Ocean Observing System) a comme objectif de surveiller le changement climatique en Arctique.
Il consiste à déployer et à maintenir un système d’observation à travers l’Océan Arctique pour collecter simultanément et en temps réel l’information relative à l’état des couches supérieures de l’océan, de la basse atmosphère et de la glace de mer. Ce système d’observation est un ensemble de plateformes flottantes regroupant chacune des capteurs qui mesurent :

  • dans l’océan : la pression, la température, la salinité et l’oxygène dissous grâce à un profiler,
  • dans la glace et la neige : la température et l’épaisseur grâce à une chaîne de thermistances,
  • dans l’atmosphère : la nébulosité et les aérosols grâce à un lidar, et l’épaisseur optique de l’atmosphère grâce à un ODS (Optical Depth Sensor).

Un total de 23 plateformes sont à développer pour que 12 soient déployées en permanence pendant 7 ans.

Financement

IAOOS est un des projets lauréats en 2011 de l’appel à projets "Equipements d’excellence" du programme "Investissements d’avenir" du gouvernement français (n° ANR-10-EQPX-32-01). Son budget est de 5,1 millions d’euros.

Vue d’ensemble de l’instrumentation de IAOOS

Responsabilité de la DT/INSU

La Division Technique a la responsabilité de la conception de :

  • la partie atmosphère
  • le cerveau central
  • l’intégration de tous les capteurs sur une bouée

La DT a également la responsabilité de l’industrialisation de la plate-forme pour sa duplication.
Les développements faits pour IAOOS font appel à toutes les compétences de la DT. A partir d’un cahier des charges sur les contraintes environnementales de l’utilisation de ces plateformes (froid, gel, glace, chocs, vent, neige…), les moyens suivants ont été mis en œuvre :

  • Conception mécanique
  • Conception électroniques (hard et soft)
  • Calculs de structure, de mécanique des fluides, et simulations thermiques
  • Réalisation de prototype
  • Essais en température (colle, givre, déformations…etc)
  • Ecriture du cahier des charges pour une industrialisation des sous ensembles
  • Essais sur le terrain en conditions extrêmes

Responsables à la DT :

Nicolas Geyskens, ingénieur système : 
Frédéric Blouzon, pour la partie atmosphère : 
Michel Calzas, pour l’intégration : 

Travaux réalisés de 2011 à 2014

Conception

  • Conception-de la partie porteuse du micro-lidar, conception de la mécanique formant la tête optique qui, soumise à de très fortes variations de température (+20°C à -40°C), doit garder un alignement parfait (quelques microns).
  • Conception d’un ensemble de cartes électroniques (cerveau atmosphère, chauffage) dont le rôle est de contrôler le micro-lidar, réceptionner les données du micro-lidar et de l’ODS, et recevoir et envoyer les données au cerveau central.
    Carte électronique du cerveau atmosphère
    Simulation de la déformation du hublot dans le cas d’un changement de pression
  • Etude d’un moyen permettant de dégivrer le hublot dans des conditions de givre raisonnable.
  • Conception du cerveau plateforme dont le rôle est de :
    • transmettre des ordres ou recevoir des datas de tous les sous-ensembles de la plateforme (océan, atmosphère, météo),
    • recevoir par transmission Iridium les ordres des personnels pilotant les plateformes, stoker les données des sous-ensembles et les transmettre.
  • Choix et tests des systèmes GPS, cap, météo, transmission Iridium.
  • Définition des pack de piles lithium pour le sous-ensemble atmosphère et le cerveau bouée, assurant 2 ans d’autonomie à chaque plateforme : le choix et les tests de ces éléments ont été faits en fonction du cahier des charges définis avec notamment des contraintes environnementales fortes.
  • Conception intégration plateforme : comme pour tous les éléments composant la plate-forme, la conception mécanique a tenu compte de l’environnement extrême (vent, neige, congère, état de mer) et de son transport (par bateau ou avion de petite taille).
Intégration des différents éléments de la plate-forme

Validation

  • Tests en mer : les premiers prototypes ont été déployés sur le site de test de l’Ifremer en rade de Brest, pour vérifier leur comportement en mer.
  • Déploiements 2013 et 2014 à Barnéo (pôle Nord) : les premières mesures de terrain ont été faites par deux plates-formes prototypes déployées au pôle Nord en 2013 et 2014. Le fonctionnement de tous les éléments a été validé.
Bouée IAOOS en test dans la rade de Brest
IAOOS déployé en Arctique

Industrialisation
Pour dupliquer les plates-formes, plusieurs marchés ont été passés en 2014 pour 23 ensembles afin d’approvisionner les différents éléments composant le système.

  • Intégration de la série : la Plate-forme d’Intégration et de Tests (PIT) de l’OVSQ a pris en charge l’intégration et les tests des sous-système atmosphère, la réception des sous-ensembles météo et cerveau testés à Brest, l’intégration et les tests des plates-formes complètes, et le colisage en vue d’une expédition sur les sites de déploiement. La DT a fourni à la PIT les moyens de montage, collage et programmes de tests. Deux personnes en CDD sont dévolues à ces tâches.
  • Déploiements : en 2015, début du déploiement d’une dizaine de plates-formes industrialisées.

Présentation faite au Comité international Equipex

Une vidéo a été réalisé en juin 2017 à l’occasion de cette présentation.
Voir la vidéo (format mp4, durée 5 min 15 s)