Polytech Projets Ge

h1. P14AB01 Capteur pour suivi de cours d'eau

p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16032/logo_explore_20140508195044_20140508195100.png!

p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16033/logo_polytech_20140508195120_20140508195133.jpg!

[[1. Résumé]] 

[[2. Abstract]] 

[[3. Page de remerciement]] 

[[4. Glossaire]] 

[[5. Table des abréviations]] 

[[6. Introduction]]

[[7. Présentation du Sujet]]

p(((. [[1. Présentation du LIRMM]] 

[[2. L'équipe EXPLORE]] 

[[3. Justification du projet et contexte]]

[[8. Cahier des Charges]] 

p(((. [[1. Définition du besoin]] 

[[2. Enjeux et risques]] 

[[3. Inter-acteurs]] 

[[4. Cahier des charges fonctionnel]] 

[[9. Developpement]] 

p(((. [[1. Problématiques]] 

[[2. Faisabilité]] 

[[3. Fonctionnement d'une centrale inertielle]] 

[[4. Solutions]] 

p((((. [[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]] 

p(((. [[1. W.B.S.]] 

[[2. Gantt]]

[[11. Notes d'application]] 

p(((. [[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

---

*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

---

*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.

---

*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

---

*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.

---

*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.

p<. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16034/ac_rov_20140508204611_20140508204630.jpg!

p<. 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 :

p(((. - 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. 

---

*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 :

p(((. • informatique,

• microélectronique,

• robotique.

p<. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16035/lirmm_20140508205020_20140508205210.jpg!

p<. Bâtiments du LIRMM.

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

---

*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 :

p(((. •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.

p<. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16036/explore_20140508205020_20140508205319.jpg!

p<. Thématiques d'EXPLORE.

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

---

*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 :

p(((. • la conception du capteur,

• la transmission des données inertielles,

• le traitement de ces données.

p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16037/principe_base_application_20140508205020_20140508205334.png!

Principe du projet.

La cartographie de ces cours d’eau permettra de déterminer si ceux-ci sont utilisables ou non pour alimenter une nouvelle station de pompage (la troisième) destinée à la ville de Montpellier.

---

*Cahier des Charges*

---

*Définition du besoin*

La méthode du QQOQCCP permet de préparer l’analyse du projet et de rendre compte du problème posé par celui-ci. C’est une phase de questionnement systématique et exhaustif (Wikipédia 2, 2014). Elle est résumée par le tableau suivant :

p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16038/tab1_1_20140508205020_20140508205350.png!

p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16039/tab1_2_20140508205020_20140508205411.png!

QQOQCCP.

---

*Enjeux et risques*

Ce projet permettra de cartographier des cours d’eau souterrains ou aériens pendant 24 heures successives et de tracer la trajectoire en trois dimensions de ces cours d’eau. De plus, il retournera l’orientation du capteur utilisé lors de la cartographie et déterminera donc les changements de courant au sein du réseau karstique.

Ce projet apportera un changement dans la manière de cartographier les cours d’eau souterrains. Actuellement des mini-véhicules sous-marins, alimenté par des câbles électriques, permettent cette cartographie mais l’effet de trainée de ces câbles les empêchent une cartographie sur de longues distances. L’aboutissement de ce projet apporterait plus de facilités dans la cartographie d’un cours d’eau passant essentiellement par un capteur autonome en tous points.

La mise au point d’un tel projet implique des risques quant à sa réalisation. Le risque le plus important est une mauvaise précision apportée par des données inertielles sur le long terme au point où celle-ci ne serait plus acceptable. L’autre risque important est l’impossibilité de transmettre les données inertielles, obtenues par le capteur, via une liaison sans fil dans un environnement aqueux et karstique.

Des pistes sont données dans la suite de ce rapport afin de résoudre ces problèmes mais nécessite d’effectuer des tests pour valider leur fonctionnement.

---

*Inter-acteurs*

L’élaboration du cahier des charges passe par la détermination des acteurs agissant avec le système à concevoir. Ils sont appelés inter-acteurs et peuvent, dans notre cas se résumer au travers du schéma suivant :

p=. !https://forge.clermont-universite.fr/attachments/download/16040/inter_acteurs_20140508205020_20140508205434.png!

Inter-acteurs.

Ce schéma défini l’environnement du système et les contraintes qui lui seront appliquées une fois en application. Tout d’abord, ce capteur évoluera dans des réseaux karstiques aqueux, il devra donc fonctionner sous l’eau et résister aux conditions ambiantes du milieu car une des contraintes imposées par le client consiste à élaborer un système possédant une flottabilité nulle. De plus, ce capteur devra récupérer des données et les stocker dans une mémoire jusqu’à ce qu’elles puissent être transmises à une unité de traitement qui permettra d’obtenir la trajectoire du capteur au travers des données que celui-ci aura récolté.

---

*Cahier des charges fonctionnel*

Le cahier des charges fonctionnel permet de formuler le besoin, au moyen de fonctions détaillant les services rendus par le système, et les contraintes, appliquées par le client ou les inter-acteurs du système, auxquelles il sera soumis. De plus, il est important de spécifier à chaque fonction et à chaque contrainte leur critère. Ce cahier des charges fonctionnel peut se résumer sous la forme d’un tableau disponible ci-dessous :