P14AB01 Capteur pour suivi de cours d'eau¶

1. Résumé
2. Abstract
3. Page de remerciement
4. Glossaire
5. Table des abréviations
6. Introduction
7. Présentation du Sujet

1. Présentation du LIRMM
2. L'équipe EXPLORE
3. Justification du projet et contexte

8. Cahier des Charges

1. Définition du besoin
2. Enjeux et risques
3. Inter-acteurs
4. Cahier des charges fonctionnel

9. Developpement

1. Problématiques
2. Faisabilité
3. Fonctionnement d'une centrale inertielle
4. Solutions

1. Acquisition des données
2. Stockage des données
3. Transmission des données
4. Traitement des données
5. Fonctionnement du capteur dans l'environnement

10. Gestion de Projet

1. W.B.S.
2. Gantt

11. Notes d'application

1. sujet 1
2. sujet 2

12. Bilan

1. Etat d'avancement
2. Analyse Critique
3. Perspectives

13. Conclusion

14. Bibliographie

15. Annexes

Résumé

L'équipe EXPLORE du LIRMM étudie les trajectoires des cours d'eau souterrains à proximité de l'agglomération de Montpellier dans le but de construire une troisième pompe à eau afin d'améliorer l'alimentation de la ville en eau. Pour cela, l'équipe EXPLORE utilise des mini-véhicules sous-marins autoguidés relié à une interface homme machine par des câbles de données et d'alimentation, ceux-ci provoquent un effet de trainée qui limite le déplacement de ces mini-véhicules sous-marins à quelques centaines de mètres de leur point de départ. L'équipe EXPLORE souhaite cartographier les cours d'eau sur de plus longues distances et c’est le but de ce projet.
Dans le cadre de notre formation d'ingénieur du génie électrique à Polytech Clermont-Ferrand, nous avons l'opportunité de travailler sur un projet pour le LIRMM. Ce projet consiste à réaliser un capteur permettant de cartographier des cours d'eau souterrains (réseaux karstiques). Ce rapport présentera donc la partie avant-projet de ce projet et les différentes étapes à effectuer pour la réaliser.

Mots clés :

Cartographie
EXPLORE
LIRMM
Réseau karstique
Robotique sous-marine

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Abstract

The EXPLORE team of the Laboratory LIRMM studies the trajectories of the subterranean streams near the city of Montpellier with the aim of building the third water pump to improve the supply of the city with water. For it, the EXPLORE team uses self-guided submarine mini-vehicles. Connected with an human-machine interface by cables of data and supply, these cause drag effects which limits the movement of these submarine mini-vehicle a few hundred meters away from their starting point. Nevertheless the EXPLORE team wishes to map streams on longer distances and this is the aim of this project.
In the context of our engineering electrical at Polytech Clermont-Ferrand, we had the opportunity to work on a project for the laboratory LIRMM of Montpellier. This project consists in realizing a sensor allowing to map subterranean streams (karstic networks). This report will thus present the draft of this project in general and the various stages to be made to realize it.

Keywords :

Cartography
EXPLORE team
Karstic networks
LIRMM
Underwater robotics

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Page de remerciement

Nous tenons à remercier tout d'abord les intervenants qui nous ont beaucoup aidé durant toute la durée de l'avant-projet : notre client Sébastien Druon, notre responsable de projet Sébastien Lengagne et notre tuteur industriel Pascal Fickinger. Nous remercions également tous les autres enseignants de génie électrique de Polytech Clermont-Ferrand et en particulier : Véronique Quanquin, enseignante en communication, et Jacques Laffont, responsable de projet, pour leurs précieux conseils.

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Glossaire

Aqueux : qui contient de l’eau.
Ballast : Un ballast est un réservoir d'eau de grande contenance équipant certains navires. Il est destiné à être rempli ou vidangé d'eau de mer afin d'optimiser la navigation (Wikipédia 1, 2014).
Cartographie : désigne la réalisation et l’étude des cartes géographiques et géologiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit représentant un espace généralement tenu pour réel.
Centrale inertielle : instrument utilisé en navigation capable d’intégrer les mouvements d’un mobile (accélération et vitesse angulaire) pour estimer son orientation, sa vitesse linéaire et sa position. Ces estimations sont relatives au point de départ ou au dernier point de recalage.
Faisabilité : correspond à une étude, dans le cadre de la gestion d’un projet, qui s’attache à vérifier que le projet soit techniquement faisable et économiquement viable.
Flottabilité nulle : qui se maintient entre deux eaux.
Inter-acteur : élément agissant avec le système à concevoir.
Odométrie : technique permettant d'estimer la position d'un véhicule en mouvement à partir d’une position initiale connue.
Problématique : présentation d’un problème sous différents aspects. Elle permet de poser le problème de recherche et de faire ressortir les informations pertinentes.
QQOQCCP : méthode résumant une méthode empirique de questionnement, c’est une phase préalable de questionnement systématique et exhaustif.
Réseau karstique : ensemble de galeries, salles, gouffres, puits et cheminées formant un tout, c'est à dire un ensemble de cavités.
Trainée : force qui s'oppose au mouvement d'un corps dans un liquide ou un gaz

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Tables des abréviations

CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique.
IMU : Inertial Measurement Unit.
LIRMM : Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier.
QQOQCCP : Qui ? Quoi ? Où ? Quand ? Comment ? Combien ? Pourquoi ?
UM2 : Université Montpellier 2.

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Introduction

Pour une formation complète et une préparation à la vie professionnelle, le département du génie électrique de Polytech Clermont-Ferrand offre l’opportunité de mener des projets industriels ou de recherche. C’est dans cette optique que nous avons été chargés de travailler sur le projet «Capteur pour suivi de cours d’eau». Ce projet a été proposé par l’équipe EXPLORE du LIRMM, et ce dans le cadre de leur recherche en robotique mobile pour l'exploration de l'environnement marin.

Mini-véhicule sous marin AC-ROV.

L’étude de ce projet sera mener durant les deux dernières années de notre cursus et ainsi, le travail sera subdivisé en 2 parties :

- L’avant-projet en GE4 (48 heures),
- La réalisation en GE5 (140 heures).

Ce rapport résume l’avant-projet du projet global et va se décomposer en plusieurs parties représentant les étapes de réalisation de l’avant-projet. Tout d’abord, il est important de bien connaitre le contexte dans lequel le projet a été conçu et va être utilisé. C’est pourquoi nous allons présenter le sujet et l’équipe du LIRMM qui en a fait la demande. Ensuite nous allons définir le cahier des charges du projet en identifiant le besoin de celui-ci, les risques susceptibles d’être rencontrés lors de sa réalisation et les inter-acteurs du produit final. Nous continuons par entrer dans le vif du sujet en développement les problématiques posées par le projet, sa faisabilité, les solutions disponibles pour le réaliser et les solutions qui ont été retenues. Enfin nous aborderons la gestion propre du projet et comment nous nous sommes organiser pour le réaliser dans un temps imparti via une représentation de celui-ci sous forme de W.B.S. et de Gantt avant de conclure.

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Présentation du Sujet

Présentation du LIRMM

Le LIRMM est un laboratoire de recherche dépendant de l’UM2 ainsi que du CNRS. Il se situe sur le Campus Saint-Priest de l’UM2 (LIRMM, 2014). Le LIRMM emploie 422 personnes dont 204 personnels permanents et 155 doctorants répartit dans les trois départements de recherche du laboratoire :

• informatique,
• microélectronique,
• robotique.

Bâtiments du LIRMM.

Chaque département est composé de plusieurs équipes travaillant sur des points précis de leur spécialisation.

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L'équipe EXPLORE

Créée en 2012, l’équipe EXPLORE fait partie du département robotique et a pour but de développer la recherche en robotique mobile pour les milieux terrestres, marins et aériens. EXPLORE aborde de nombreux thèmes tels que :

•Le contrôle de mouvement,
• la perception,
• la localisation,
•la cartographie.

Le développement d’outils théoriques et expérimentaux au sein de cette équipe permet de proposer des solutions innovantes qui sont ensuite implantées sur les robots de l’équipe EXPLORE au travers d’une architecture structurée et tolérante aux fautes.

Thématiques d'EXPLORE.

Le projet proposé aborde les thèmes de la localisation et de la cartographie.

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Justification du projet et contexte

Le principal but de ce projet est la conception d’un capteur permettant de cartographier des cours d’eau souterrains sur des longues distances afin de reconstruire la trajectoire en trois dimensions de ces cours d’eau. Aujourd’hui cela est déjà possible avec des systèmes spécifiques comme l’utilisation de mini-véhicule sous-marins mais le coût de ces appareils reste très élevé. De plus, le fait d’avoir des effets de trainées à cause de l’utilisation de câbles lors de leur utilisation reste un problème majeur pour parcourir de longues distances. C’est pour cette raison que l’équipe EXPLORE cherche à concevoir un système coûtant moins cher et autonome en navigation qu’on laissera dériver dans l’eau afin qu’il cartographie la trajectoire du cours d’eau au fur et à mesure de sa traversée. Le but étant d’envoyer un certain nombre de ces capteurs dans un cours d’eau et de comparer les résultats obtenus d’où l’importance du faible coût d’un capteur.
L’étude du projet sera faite suivant trois axes principaux :

• la conception du capteur,
• la transmission des données inertielles,
• le traitement de ces données.