Objectifs scientifiques
Les mesures gravimétriques satellitaires permettent de déterminer la forme exacte de la Terre. L’essor de cette discipline, suscité en particulier par les missions CHAMP (2000), GRACE (2002), GOCE (2009) et GRACE-FO (2018), a rendu possible la réalisation de modèles globaux du géoïde en harmoniques sphériques avec une précision de l’ordre du milligal pour une résolution spatiale homogène de cent kilomètres. Pour obtenir des résolutions encore plus fines (précision décimétrique en 3D), les mesures gravimétriques sont réalisées de façon ponctuelle en mode statique avec des instruments conventionnels (gravimètre absolu FG5 ou gravimètres relatifs commerciaux). Elles sont très précises (gravimétrie absolue : 0.01 mGal, 1e-7 m/s2, et gravimétrie relative : 1 μGal, 1e-8 m/s2), mais la mise en œuvre de ces instruments sur des sites difficiles d’accès, comme les zones montagneuses, ou sur les zones littorales est extrêmement limitée, voire inexistante. Or, la production d’un modèle de géoïde affiné nécessite de pouvoir combiner des mesures acquises à l’échelle mondiale (satellites) et à l’échelle locale (gravimètres conventionnels). La mesure par drone ouvre de nouvelles perspectives en termes de complémentarité de données (analyses multi-échelles). GRAVIDRONE apportera des mesures de la pesanteur à haute résolution spatiale et réparties de façon homogène quelle que soit la rugosité ou l’accessibilité du terrain. En évoluant au plus près des sources en milieu extrême, un micro-gravimètre vectoriel mobile embarqué sur drone réduira localement le facteur d’échelle entre le satellite et la mesure sol.
L’échelle de résolution gravimétrique de quelques mètres permet d’accéder à des structures géologiques fines (édifices volcaniques actifs, sources hydrothermales en fond de mer, croûte océanique, dépôts minéralisés, …). La précision actuelle des mesures par drone, leur positionnement et leur robustesse, est telle que s’ouvre une voie de comparaisons quantitatives entre levés pris à différentes époques pour relier les signaux de différentes échelles aux sources géophysiques. Le suivi temporel régulier (4D) permet également de déterminer le mouvement des masses fluides et sédimentaires (courants marins, fleuves et lacs, érosion des plages et des falaises, …). Enfin, au niveau national, ce projet vise à équiper la communauté scientifique française du premier gravimètre mobile sur drone. La haute résolution permet l’étude et le suivi de tous les phénomènes géophysiques d’échelle locale qui restent complètement invisibles pour des mesures depuis l’espace, voire aéroportées. Pour répondre à ce défi, nous avons commencé à développer la gravimétrie mobile sur des porteurs pilotés (vedette côtière du SHOM et voiture) et sur des plateformes autonomes, puis en fond de mer avec le projet méthodologique et instrumental GRAVIMOB utilisant les AUV d’IFREMER ASTERx et IDFx (Autonomous Underwater Vehicle). Nous avons obtenu des résultats de mesure de l’ordre du milligal, ce qui est suffisant pour construire un géoïde au centimètre près et classe l’instrument au niveau TRL 7. Cependant, l’équipement scientifique GRAVIMOB est inadapté pour d’autres porteurs qu’un AUV en fond de mer.
L’objectif du projet est de « miniaturiser » GRAVIMOB afin de le rendre opérable sur différents types de drones (aérien, terrestre, marin et sous-marin). Pour cela, notre instrument nécessite des adaptations mécaniques et électroniques qui font l’objet du projet INSU « Instrumentation Innovante Transverse » et en particulier de cette demande de soutien à la DT-INSU. Ce projet permettrait d’atteindre le niveau TRL 9. La totalité du projet GRAVIDRONE est prévue pour une durée de 4 ans (2024-2027).
Description technique
La demande technique se décompose en 3 sous-parties :
- Expression technique du besoin n°1: Miniaturiser le système d’acquisition. Le système d’acquisition actuel du GRAVIMOB est réalisée par un contrôleur industriel embarqué en temps réel de chez National Instruments consommant 25 W et pesant 1,2 kg.
- Expression technique du besoin n°2 : Enceinte thermostatée pour les 2 trièdres accélérométriques. Pouvoir embarquer le GRAVIMOB sur différents type de drones passe par le maintien des 6 accéléromètres à une température stable, connue et mesurable.
- Expression technique du besoin n°3 : Design électro-mécanique du nouvel instrument pour les drones. Il est induit des 2 sous-parties précédentes et des contraintes propres à chaque type de drones. L’objectif est de concevoir un design pour l’embarquer aussi bien sur le drone aérien gros porteur HyperDrelio (MWTOF : 25 kg, C.U. max : 7 kg) de GEO-OCEAN que dans une sphère en verre hyperbare de 17 pouces pour les drones sous-marin AUV.
Contact DT : Hervé Barrois
Contact labo GEO-OCEAN : Jérôme Ammann