MICROCO 2018

Type	Essai
Navire	Téthys II
Propriétaire navire	CNRS jusqu'en 2019 - IFREMER depuis 2020
Dates	10/04/2018 - 16/09/2018
Chef(s) de mission	LE BOT Philippe
	LABORATOIRE D'OCÉANOGRAPHIE PHYSIQUE ET SPATIALE - UMR 6523 Centre Ifremer Bretagne ZI Pointe du Diable CS 10070 29280 Plouzané +33 (0)2 98 22 42 76 dirumr6523@ifremer.fr http://www.umr-lops.fr/
DOI	10.17600/18000601
Objectif	Réalisation de différents essais techniques afin de mettre au point des systèmes innovants de mesure en mer: Essais et qualification du microRider (Rockland) en vue de l'adapter sur un mouillage en mode "Yoyo". In fine, le mouillage mesurera la variabilité temporelle de la turbulence à très fine échelle. Essais et qualification d'une nouvelle source acoustique RtSys dans le cadre du projet Cognac. Ce projet permettra de mesurer la dynamique océanique fine-échelle grâce au suivi acoustique d'une nuée de flotteurs à bas-coût. Premiers essais d'un prototype de flotteur acoustique à bas-coût. Réalisation des premiers profils d'un flotteur Deep Argo dit "Tri-tête" (intercomparaison de 3 capteurs).

Contexte scientifique et programmatique des campagnes

Dans le cadre de ses projets scientifiques, le LOPS et l'Ifremer mènent plusieurs campagnes à la mer. Pour répondre à ces demandes scientifiques, certains développements ou adaptations technologiques sont parfois nécessaires. Avant de valider des systèmes d'acquisition et de déployer les instruments dans des conditions opérationnelles lors de campagnes scientifiques, il est indispensable de tester les concepts et les développements technologiques sur le terrain. Ces essais permettent de tester la faisabilité d'un système, de tester un prototype ou de qualifier des capteurs.

Au cours de cette mission, il s'agissait d'acquérir des données concernant plusieurs projets exploratoires du LOPS. L'analyse des données acquises en mer a permis de valider des concepts technologiques, de modifier les premières études ou de faire évoluer le cahier des charges en fonction des résultats obtenus lors de cette campagne. Malheureusement, les mauvaises conditions météo rencontrées lors du leg 1, ne nous ont pas permis de réaliser l'ensemble des opérations à la mer qui étaient initialement programmées.

Les essais technologies réalisés au cours de cette campagne concernaient :

L'acquisition de données et l'étude du comportement d'un Micro-rider évoluant sur une ligne de mouillage.
Acquérir de la donnée et tester un concept de flotteur à bas coût (Flotteur COGNAC), de tester la réception acoustique du flotteur lors d'émission de la source RtSys dans différentes configurations.
De réaliser une inter-comparaison entre différents capteurs équipant un flotteur ARVOR.

A noter, lors du dépôt de la demande de campagne à la mer Microco, il était prévu de mettre à l'eau un mouillage entier avec comme éléments principaux : le véhicule MicroRiYo, un distributeur de lests emprunté à l'équipe allemande de l'Alfred Wegener Insitut et un panier de récupération des lests. Courant 2017, nous avons appris par nos collègues allemands que les deux distributeurs qu'ils possédaient avaient été démantelés (à leurs dépens). Notre programme de tests concernant le MicroRiYo a donc été revu.

Résultats majeurs

Cette campagne d'essais technologiques a permis d'acquérir de nombreuses données qui ont permis de faire avancer les concepts de certains instruments (MicroRiyo) qui ont abouti au déploiement à l'été 2025 d'un mouillage MicroRiyo pour une durée de un an. Elle fut également l'occasion de valider la preuve de concept du flotteur COGNAC et de tester et valider les communications acoustiques avec la source RtSys. Le premier déploiement du flotteur ARVOR tri-tête fut l'occasion de procéder à l'intercomparaison de plusieurs capteurs et de définir le capteur le plus approprié.

Les principaux enseignements et résultats issus des différents essais sont :

MicroRiYo:

La différence de réponse entre les deux voies a permis d'optimiser l'orientation de la tête du MR-6000 portant les capteurs de cisaillement de vitesses qu'on utilise pour calculer la dissipation. En effet, le capteur de la voie #1, plus mauvaise que la #2, pouvait être dans la traînée du capteur de la voie #2.

En revanche, il reste difficile d'expliquer pourquoi la voie #2, pourtant cohérente avec les mesures du VMP en subsurface, surestime subitement le signal passé une certaine profondeur (qui n'est jamais la même). D'autant, que l'examen du signal des accéléromètres pour chacun des profils ne permet pas de déceler d'augmentation des vibrations associées au changement du signal des fluctuations de vitesses. L'examen du compas ne montre rien de notable non plus. Il est possible que le capteur en lui-même présentait une sensibilité à la pression passé un certain seuil. Son remplacement sur les deux derniers profils n'a pas permis de conclure car les conditions de mer/vent étaient nettement moins favorables.

Les 8 profils réalisés sur le leg 2 mettent en évidence une des difficultés de cette mesure (la mesure des fluctuations de vitesse permettant la quantification de la dissipation d'énergie cinétique) : en effet, la ligne sur laquelle le véhicule se déplace étant lestée à l'aplomb du navire, dès que le vent/vagues sont suffisamment intenses, le navire doit corriger son cap et sa trajectoire, ce qui influence la ligne et les mesures de fluctuations de vitesses (c'est le cas des deux derniers profils). Néanmoins, les 6 premiers profils ont permis de conforter l'approche en soulignant la cohérence du signal de fluctuation de vitesse (et donc de la dissipation) entre les profils MR-6000 (voie #2 en subsurface) et ceux du VMP-6000.

Figure 1- Comparaison des profils de dissipation d'énergie cinétique mesurés par le VMP-6000 (noir) et le véhicule MicroRiYo portant le microrider (bleu : capteur 1, rouge : capteur 2). Sur la plupart des profils réalisés, le capteur 2 est en bon accord avec les mesures du VMP au-dessus de 200 dbar (ici jusque 330 dbar). Le capteur 1 montre une surestimation systématique de la dissipation, probablement associée au positionnement du capteur sur la tête du microrider.

Flotteur COGNAC et source acoustique:

De manière générale, les tests réalisés lors de cette campagne ont permis d'avancer sur le développement des flotteurs subsurface en identifiant les points de travail suivants :

perfectionnement du protocole de ballastage et des méthodes de régulation.
Les tests acoustiques réalisés ont permis d'acquérir une expérience concernant le fonctionnement d'une source acoustique qui sert aujourd'hui à des exercices de positionnement sous-marin.

Ces progrès techniques ont été ensuite mis en oeuvre dans le cadre de la campagne CNFC COGNAC2020.

L'expérience acquise lors de MICROCO sert aujourd'hui à la poursuite du projet COGNAC qui est soutenu aujourd'hui par le projet de la Banque Publique d'Investissement (BPI) ID-GF et le projet de l'Office Français de la Biodiversité (OFB) EMOI, tous deux en collaboration avec le département de robotique ENSTA-Bretagne.

Flotteur Tri-tête

Ces premiers essais du flotteur tri-tête ont permis de mettre en évidence les principaux points suivants:

Les capteurs de pression de la SBE61 et de la RBR étaient majoritairement concordants, excepté les zones de surface, ce qui tend à montrer qu'ils sont justes.
La mesure de pression SBE41, s'écartait des 2 autres au cours du cycle et atteignait un biais de -5 dbars en surface. Ce biais pouvait paraître élevé, mais n'était pas hors spécifications (capteur 7000 dbars, 0.1%xFS=7 dbars). Ce biais en surface n'était pas stable, il diminuait progressivement pour tendre vers l'offset de pression mesuré en début de cycle suivant.
On a relevé des différences entre les 3 capteurs dans les zones proches de la surface.

Données acquises et analyses effectuées en mer et à terre

Au cours de cette mission, plusieurs essais technologiques ont été réalisés. Ceux-ci devaient permettre de qualifier des concepts ou des systèmes en cours de développement qui seront à terme utilisés dans des conditions opérationnelles lors de projets et campagnes scientifiques.

Essais du MicroRiyo: La dénomination MicroRiyo citée dans ce document, désigne l'usage d'un instrument de mesure de la microstructure (microrider) qui évolue le long d'une ligne de mouillage en mode yo-yo (montée/descente). Le microrider est un instrument conçu pour mesurer le cisaillement de la vitesse et la variabilité de la température sur des échelles verticales inférieures au millimètre.

Essais du prototype de flotteur COGNAC: Le flotteur Cognac est un flotteur acoustique à bas coût, développé conjointement entre les équipes du LOPS, de l'ENSTA Bretagne, du département RDT (Recherche et développement Technologiques) et le service NSE/ASTI (Service Acoustique Sous-marine et Traitement de l'Information) de l'Ifremer.

Qualification du flotteur Deep Argo « Tri-têtes » : La qualification de ce flotteur ARVOR équipé de plusieurs capteurs CTD, permettra de réaliser une intercomparaison des différentes CTD et de définir à terme, le capteur qui pourrait à l'avenir équiper les futurs flotteurs ARGO.

Essais du MicroRiyo : il s'agit à terme d'avoir un système d'observation de la microstructure océanique sur mouillage qui permet d'étudier la dissipation de l'énergie cinétique et l'intensité du mélange en réalisant des profils verticaux répétés de manière autonome.

Lors de ces essais, il s'agissait de tester la version 2 du véhicule et d'identifier plusieurs points critiques pour, à terme, faire progresser le projet. Ces essais font suite à la campagne ESSLOPS (2017) qui utilisait la version 1 du véhicule et dont les résultats préliminaires se sont montrés encourageants. Le véhicule a été modifié en une version 2 dont les principales différences sont :

- l'utilisation d'un MicroRider(MR)-6000 qui est venu remplacer le MR-1000 emprunté en 2017 à nos collègues norvégiens de l'UIB (Bergen). Ce remplacement est impactant puisque le MR-6000 a un poids dans l'eau de presque 6 kg contre 0 kg pour le MR-1000. Le choix d'un MR-6000 (acheté par le LOPS fin 2017) s'imposait afin de déployer le mouillage sur des structures bathymétriques profondes pour étudier les interactions courants-topographie.

- la suppression de la flottabilité externe qui entourait le haut du véhicule sur la version 1 afin de réduire la traînée du véhicule lors de ses déplacements le long de la ligne. La diminution de la traînée est une quête perpétuelle puisqu'elle joue sur les vibrations, la vitesse de chute et de remontée de l'instrument, le lest nécessaire pour atteindre une vitesse de chute donnée, ...

- le remplacement des anneaux par lesquels la ligne de mouillage coulisse : utilisation d'anneaux en Teflon à la place de ceux en inox.

Des profils à l'aide d'un VMP6000 ont été réalisés en parallèle des mesures MicroRiyo. Plusieurs essais ont été réalisés :

1/ Afin de comparer le niveau de bruit intrinsèque du vecteur au VMP6000 lorsque le véhicule MicroRiYo est en chute quasi-libre sans la contrainte de la ligne de mouillage.

2/ Afin de valider la capacité à cycler (monter et descendre) le long d'un câble en dyneema d'un MicroRider installé dans un tube de PEHD équipé de flottabilité.

3/ Afin de valider le système de récupération des lests.

Les opérations à la mer ont permis :

de montrer un défaut intermittent des inclinomètres du MR-6000 qui a nécessité par la suite le remplacement sous garantie d'une des cartes électroniques.
de montrer qu'une des deux voies (#1) mesurant le cisaillement des vitesses montrait quasi-systématiquement un signal plus fort que l'autre voie (#2) (ainsi qu'en comparaison aux mesures du VMP) lorsque le véhicule est contraint à de déplacer le long de la ligne (problème absent lorsqu'il est en chute quasi-libre). Cette surestimation du signal est indépendante du numéro de capteur utilisé.
de montrer que la voie (#2) qui se compare très favorablement aux mesures du VMP en subsurface devenait subitement mauvaise à un moment donné sous 200 m.
d'ajuster le système de récupération des lests placé dans la partie inférieure de la ligne de mouillage. En effet, les premiers tests ont montré qu'une trop grande distance entre le point de largage du lest et le filet de récupération ne permettait pas de les récupérer efficacement.

Essais du prototype de flotteur COGNAC : Il s'agissait de produire des données afin de tester le système acoustique (source RTsys SDA14 et électronique et hydrophone loggerhead) d'un flotteur à bas coût, de tester la sensibilité de la qualité de la géolocalisation dans différentes configurations : la profondeur des sources, la distance entre source et flotteurs. Ces premiers essais ont également été l'occasion de tester plusieurs points du flotteur (comportement dynamique, flottabilité, autonomie énergétique, capacité de transmission, ...)

Les tests COGNAC ont permis :

de mettre clairement en évidence le manque d'autonomie, notamment lors des phases d'asservissement du système de régulation du flotteur par rapport au cahier des charges.
de définir le cahier des charges du nouveau système d'acquisition et de régulation à base d'une carte Teensy (sans OS embarqué), notamment afin d'augmenter l'autonomie du flotteur de façon notable.
de valider le système d'acquisition acoustique qui équipe aujourd'hui les flotteurs, et de prendre en main la source acoustique RtSys.
D'obtenir un premier jeu de données acoustiques afin de valider le système source RtSys, l'électronique du système de réception acoustique et l'hydrophone qui équipent les flotteurs actuels.

D'une manière générale, ces essais ont permis de mettre au point la version actuelle du flotteur, tant au niveau mécanique, électronique et logiciel.

Figure 2: Flotteur Cognac (Version 2022).

Qualification du flotteur Deep Argo « Tri-têtes » :

Concernant les tests de ce flotteur, ces essais menés avec nos collègues du département RDT (Recherche et Développements Technologiques) de l'Ifremer nous ont permis de réaliser la première étape de qualification (fin des essais de qualification réalisés avec succès en mai 2019) d'une plate-forme qui permet de réaliser de très bonnes comparaisons in situ de divers capteurs CTD, de vérifier la dépendance à la pression, leur précision, ainsi que leur stabilité sur le long terme.

Ces déploiements n'ont duré que quelques jours et ont été limités à 2000 m de profondeur. Ils ont permis de confirmer l'ensemble des aspects fonctionnels de l'instrument et les performances d'acquisition, mais n'ont pas fourni suffisamment de données in situ pour tirer des conclusions sur les performances des capteurs.

Depuis, un déploiement de longue durée de ces flotteurs a été réalisé lors de la campagne RAPROCAN2020.

Figure 3: Flotteur Tri-têtes.

Figure 4 : Emplacement des différents capteurs

Missions

Bibliographie

Publications

Ferron Bruno, Leizour Stephane, Hamon Michel, Peden Olivier (2025). MicroRiYo : An observing system for deep repeated profiles of kinetic energy dissipation rates from shear-microstructure turbulence along a mooring line. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 42(4), 387-399. Publisher's official version : https://doi.org/10.1175/JTECH-D-24-0009.1 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00928/104005/

Références des communications dans des colloques internationaux

Grangeon, M., Socheleau, F.-X., Ponte, A., Le Courtois, F., Kinda, B., 2023. An Oceano-Acoustic Simulation Framework for the Design of Lagrangian Systems Drifting in Mesoscale and Sub-Mesoscale Currents, in: OCEANS 2023 - MTS/IEEE U.S. Gulf Coast. Presented at the OCEANS 2023 - MTS/IEEE U.S. Gulf Coast, pp. 1-8. doi: OCEANS52994.2023.10337251

Références des communications dans des colloques nationaux

Mathis Grangeon, François-Xavier Socheleau, Aurelien L. Ponte, Florent Le Courtois, G Bazile Kinda. Estimation du canal acoustique sous-marin pour le positionnement et suivi de plateformes dérivantes sous-marines. XXVIII colloque GRETSI: Groupe de recherche et d'études du traitement du signal, Sep 2022, Nancy, France. hal-03769754

Le Bot P. et al. (2019) - Développement d'un flotteur acoustique à bas coût dans le cadre du projet COGNAC.

Mission	Nom	Date début	Date fin	Navire	Port départ	Port fin	Chef(s) de mission
1	MICROCO 2018 LEG1	20180410 00:00:0010/04/2018	20180414 00:00:0014/04/2018	Téthys II	La Seyne-sur-Mer	La Seyne-sur-Mer	LE BOT Philippe
2	MICROCO 2018 LEG2	20180909 00:00:0009/09/2018	20180916 00:00:0016/09/2018	Téthys II	La Seyne-sur-Mer	La Seyne-sur-Mer	LE BOT Philippe