Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 44-52. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Texte remanié de: Th. Ph. D.--University of Edinburgh.

Nous nous intéressons à l'architecture de robots marins et sous-marins autonomes dans le cadre de missions nécessitant leur coopération. Cette coopération s'avère difficile du fait que la communication (acoustique) est très contrainte en termes de débit et de portée.  Notre travail se place dans le contexte de missions d'exploration pour détecter des éléments particuliers sur les fonds marins, et en particulier des sources d'eau chaude. Pour cela, le véhicule sous-marin parcours des segments de droite pré-planifiés et rejoint des points de rendez-vous (points de communication). Ces derniers permettent d'assurer le suivi de bon déroulement de la mission, mais surtout de mettre en oeuvre des schémas de coopération entre les véhicules sous-marins. Au fur et à mesure de l'exploration, les sous-marins construisent et mettent à jour une représentation de l'environnement qui décrit les probabilités de localisation de sources. Une approche adaptative exploite ces informations et permet de dévier les sous-marins de leurs plan initial pour augmenter la quantité d'information, tout en respectant les contraintes du plan initial, et en particulier les rendez-vous de communication. Lors des rendez-vous, chaque véhicule échange ses données avec les autres, en ne transmettant que les informations nécessaires à la mise en place de schémas de coopération. L'ensemble de ces fonctions sont intégrées au sein de l'architecture existante T-REX, pour laquelle nous proposons des composants supplémentaires qui permettent la cartographie des fonds et la définition de schémas de coopération. Différentes simulations permettent d'évaluer les travaux proposés. / There is a growing research interest in Autonomous Underwater Vehicles (AUV), due to the need for increasing our knowledge about the deep sea and understanding the effects the human way of life has on it. This need has pushed the development of new technologies to design more efficient and more autonomous underwater vehicles. Autonomy refers, in the context of this thesis, to the “decisional autonomy”, i.e. the capability of taking decisions, in uncertain, varying and unknown environments. A more recent concern in AUV area is to consider a fleet of vehicles (AUV, ASV, etc). Indeed, multiple vehicles with heterogeneous capabilities have several advantages over a single vehicle system, and in particular the potential to accomplish tasks faster and better than a single vehicle. Underwater target localization using several AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) is a challenging issue. A systematic and exhaustive coverage strategy is not efficient in term of exploration time: it can be improved by making the AUVs share their information and cooperate to optimize their motions. The contribution of this thesis is the definition of an architecture that integrates such a strategy that adapts each vehicle motions according to its and others’ sensory information. Communication points are required to make underwater vehicles exchange information : for that purpose the system involves one ASV (Autonomous Surface Vehicle), that helps the AUVs re-localize and exchange data, and two AUVs that adapt their strategy according to gathered information, while satisfying the associated communication constraints. Each AUV is endowed with a sensor that estimates its distance with respect to targets, and cooperates with others to explore an area with the help of an ASV. To provide the required autonomy to these vehicles, we build upon an existing system (T-REX) with additional components, which provides an embedded planning and execution control framework. Simulation results are carried out to evaluate the proposed architecture and adaptive exploration strategy

Nous nous intéressons à l'architecture de robots marins et sous-marins autonomes dans le cadre de missions nécessitant leur coopération. Cette coopération s'avère difficile du fait que la communication (acoustique) est de faible qualité et de faible portée. Afin d'illustrer notre travail, nous nous intéressons à un scénario de localisation d'une source d'eau chaude sous-marine. Pour cela, le véhicule sous marin parcourt des segments de droite et rejoint des points de rendez-vous (points de communication). Ces derniers sont importants car ils permettent la mise en oeuvre d'une coopération entre les véhicules sous-marins. Au fur et à mesure du déplacement d'un véhicule, celui ci détecte (grâce à ses capteurs) sa distance à une zone pouvant contenir une source d'eau chaude. Afin de localiser une source, on doit permettre au véhicule de modifier sa trajectoire initiale, tout en s'assurant d'atteindre le point de rendez-vous. D'autre part, les rendez-vous permettent à chaque véhicule d'échanger ses données pour une coopération. Vu que le débit de communication acoustique est réduit, chaque véhicule doit extraire les informations utiles pour les communiquer. Nous présentons nos travaux effectués dans ce contexte, et une proposition d'architecture qui permet de trouver un compromis entre la modification de la trajectoire et l'atteinte de points de rendez-vous.

L’interprétation structurale de sections de Sismique Réflexion Multitrace-2D acquises pendant la campagne SISTEUR sur la marge de l’Équateur Central et migrées en profondeur avant sommation (PSDM) a été combinée avec la bathymétrie multifaisceaux, des modèles tomographiques de sismique grand-angle OBS, un modèle d’inversion GPS, et 13 années de sismicité relocalisée, afin de déchiffrer les causes de la variabilité de la sismicité et du Couplage Inter Sismique (CIS) le long de la subduction. La partie marine de cette marge est étroite et érosive. Elle chevauche vers l’Ouest, à 4.7 cm/an, la Ride de Carnégie. Le segment nord de la zone d’étude est bloqué, et aucun chenal de subduction n’est identifié. Ce segment révèle la présence d’un important (50 X 40+ km) massif océanique (MO) subduit, haut de ~2.5 km, et dont le flanc arrière plonge vers le continent de 2-4°, et coïncide avec la zone de CIS bloquée, et avec le socle océanique résistant (Vp= 5 km/s) de la marge. Le flanc avant du MO déduit de notre étude coïncide avec une zone de CIS partiel et des essaims de séismes chevauchant déformant le socle de la marge. A l’inverse, le segment sud est découplé, et affiche une pente sous-marine très perturbée avec des escarpements abrupts. Le contact interplaque plonge de 6-7° sous le continent et porte des monts sous-marins isolés séparés par un chenal de subduction de ~1km d’épaisseur qui agit comme lubrifiant. Un scénario en 3 étapes est proposé pour la subduction d’un MO de forme émoussée sous la marge résistante de l’Ile La Plata. Un modèle cinématique est proposé pour rendre compte de la surrection de l’île de La Plata en réponse au MO au cours des derniers 1.3-1.4 Ma. / The structural interpretation of 2D-Pre-stack Depth Migrated Multichannel Seismic Reflection sections collected during the SISTEUR cruise across the Ecuadorian margin was combined with multibeam bathymetry, OBS wide-angle tomographic models, a GPS inversion model, and 13 years of relocated seismicity to decipher the causes of the along-trench variability of the seismicity and Inter-Seismic Coupling (ISC). The margin submarine part is narrow and dominated by subduction erosion. It is underthrust eastward at 4.7 cm/yr by Carnegie Ridge, and figures a decoupled subduction centered over La Plata Island region. Our study shows that the Central Ecuador margin divides in two contrasting segments with dissimilar long-lived physical properties that may account for their specific ISC and seismicity patterns. The locked northern segment shows a smooth outer-wedge slope scalloped by a gentle re-entrant. No subduction channel is detected across this segment that reveals a broad 50 X 40+ km, ~2.5-km-high subducted Oceanic Massif (OM), which dips landward 2-4°, which coincides with the strong (Vp= 5 km/s) oceanic margin basement. In contrast, the decoupled southern segment shows a highly disrupted outer-wedge seafloor. The plate interface dips landward ~6-7°, and is spotted by isolated seamounts separated by a ~1 km-thick subduction channel that may act as a lubricant favoring inter-plate decoupling. A 3-step scenario is put forward for the subduction of a low-drag shaped OM beneath the resistant margin wedge of La Plata Island. Moreover, a kinematic model accounting for the uplift history of La Plata Island is proposed as a result of the OM subduction over the last 1.3-1.4 Myr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences : Traitement du Signal et de l'Image : Toulon : 2005. / Titre provenant du cadre-titre. Bibliographie p.167-173.

Cette thèse étudie le problème de la localisation et cartographie simultanées des robots sous-marins, et ses méthodes de résolution utilisant le calcul par intervalles. Le principe du SLAM (Simultaneous Localization And Mapping, ou cartographie et localisation simultanées) est le suivant: un robot sous-marin connait en général sa position initiale (lorsqu'il est à la surface grâce à un GPS), son modèle de déplacement (très approximativement) et possède quelques capteurs l'aidant à estimer sa position (capteur de pression pour mesurer sa profondeur, loch Doppler pour mesurer sa vitesse et sa distance au fond, centrale inertielle pour mesurer son orientation) et voir ce qui l'entoure (sonar). Pourtant, malgré tous ces capteurs, plus il avance, plus ses erreurs d'estimation de position s'accumulent: le robot se perd. En passant et repassant devant plusieurs objets (ou éléments remarquables quelconques de son environnement), il va pouvoir évaluer leur position (plus ou moins précisément) une première fois à partir de la sienne (cartographie grâce à sa localisation), puis recalculer sa trajectoire en les prenant comme repère les fois suivantes quand il est perdu (localisation grâce à sa cartographie). Les mesures de capteurs ou variables utilisées pour décrire les robots étant souvent entachées d'erreurs, elles peuvent être représentées de différentes façons: distributions probabilistes, nuages de points, ensembles continus... En général, les données constructeur des capteurs ou actionneurs du robot nous indiquent des bornes (liées à la précision...). On peut donc représenter ces valeurs sous forme d'intervalles. Les méthodes ensemblistes telles que l'analyse par intervalles permettent d'obtenir des résultats à partir d'équations sur des intervalles. L'avantage de ces méthodes est qu'on est sûr de ne perdre aucune solution (compte tenu des hypothèses faites), contrairement à celles utilisant l'approche probabiliste, où on n'obtient parfois que les solutions les plus probables. Dans cette thèse, l'utilisation du calcul par intervalles dans le cadre du SLAM appliqué aux robots sous-marins et une comparaison entre plusieurs méthodes existantes seront étudiées. De plus, une nouvelle méthode permettant de mieux gérer le problème des données fugaces (données seulement significatives à des instants bien précis et inconnus), rencontré notamment avec des données provenant de sonars, sera proposée. Les applications de ces travaux concernent par exemple le développement de robots sous-marins autonomes (souvent appelés AUVs pour Autonomous Underwater Vehicles ou UUVs pour Unmanned Underwater Vehicles). En effet, contrairement aux robots téléguidés par des humains, ceux-ci doivent eux-mêmes être capables de se repérer dans leur environnement pour effectuer leur travail. Ces robots peuvent avoir des missions variées: relevé de données hydrographiques, localisation d'épaves (bateau, avion...) ou objets dangereux (mines...), surveillance (détection de pollution, vérification de l'état de pipelines...)... Actuellement, ces tâches sont principalement réalisées par des humains, directement avec des plongeurs, ou indirectement avec des sous-marins téléopérés pour les travaux les plus dangereux ou difficiles d'accès.

Depuis les années 1980, les États s’attachent à adopter et à promouvoir certaines initiatives tournées vers une meilleure protection du patrimoine culturel submergé en mer, exposé aux convoitises des chasseurs de trésors et mis en danger par les activités d’exploitation des ressources, même dans les grands fonds marins. La faible adhésion que suscite encore la Convention de l’UNESCO de 2001 sur la protection du patrimoine culturel subaquatique témoigne toutefois de profondes divisions au sein de la communauté internationale sur les moyens de soustraire les biens culturels sous-marins aux périls qui menacent leur intégrité. La localisation de certains sites en haute mer a fait naître des revendications de compétence tantôt fondées sur l’extension des rattachements (spatiaux et « extra- spatiaux ») légaux reconnus par le droit international général et par la Convention des Nations Unies de 1982 sur le droit de la mer, tantôt sur des facteurs de rattachement jusqu’ici purement factuels. Dans ce contexte, la protection internationale du patrimoine culturel de la mer offre un nouveau prétexte d’affrontement entre puissances maritimes et États côtiers, que l’évolution future du droit positif pourrait bien donner vainqueurs. Insuffisantes aux fins de procéder à une véritable délimitation des compétences en la matière, les règles conventionnelles et coutumières le sont tout autant lorsqu’il s’agit d’encadrer l’exercice des fonctions étatiques dans une sphère de compétence déjà reconnue. C’est dire que l’ « intérêt de l’humanité » à la protection du patrimoine culturel sous- marin joue un rôle essentiellement rhétorique et que l’unilatéralisme règne en la matière. / Since the eighties, States have endeavoured to adopt and promote initiatives oriented towards a better protection of underwater cultural heritage, endangered by treasure hunters' covetousness and resources exploitation impacts, even in the deep ocean. The current low number of adhesions to the 2001 UNESCO Convention on the Protection of the Underwater Cultural Heritage however highlights some deep divisions among the international community concerning the means for preventing threats to the integrity of the submerged cultural heritage. The localisation of certain sites in the high seas has raised jurisdictional claims, sometimes grounded on an extension of connecting factors - spatial and "extra-spatial" - already recognized in general international law and by the 1982 United Nations Convention on the Law of Sea, sometimes based on hitherto purely factual links. In this context, international protection of underwater cultural heritage offers another pretext for confrontation between maritime powers and coastal States, the latter being potentially declared winners according to future developments in positive law. Conventional and customary rules remain insufficient, either for a real delimitation of state's competences or for regulating the exercise of jurisdiction once authorized. Therefore, the idea of protecting underwater cultural heritage for the "benefit of humanity" appears to be merely rhetorical and even evicted by unilateralism.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Le comportement des chutes de blocs en milieu aérien est étudié depuis déjà plusieurs décennies. Ce phénomène peut aussi survenir en milieu sous-marin et atteindre ou endommager, par exemple, des barrières récifales ou des pipelines sous-marin. Une seule étude sur ce sujet, celle de Beranger et al (1998), a déjà été réalisée dans l'objectif de modéliser le comportement des chutes de blocs dans le milieu sous-marin. Le présent projet vise à permettre une analyse comparative des chutes de blocs en milieu aérien avec les chutes de blocs en milieu sous-marin. À cet effet, une étude des différentes forces s'exerçant sur le bloc en milieu sous-marin a été effectuée. À l'aide de ces éléments, un modèle numérique a été créé afin de comprendre les différences entre les deux milieux. Une expérience menée sur le terrain a par ailleurs permis de confirmer la validité du modèle numérique développé, pour la phase de chute libre.

Au nord-ouest de la mer Méditerranée, dans le Golfe du Lion, la marge continentale est incisée par plusieurs canyons. Leur morphologie suggère que les instabilités jouent un rôle important pour la formation de ces vallées sous-marines et pour le transport de sédiments. Le canyon du Cap de Creus, situé à l'extrémité ouest du Golfe du Lion, a été sélectionné afin d'y analyser les processus d'instabilité présentement actifs. Les profils sismiques qui couvrent le secteur ont permis de déterminer la morphostratigraphie du canyon. Plusieurs essais géotechniques ont été effectués sur les sédiments du secteur d'étude afin de déterminer leurs paramètres géomécaniques et leur état de consolidation. A l'aide de ces résultats, un modèle géologique du flanc a été établi et utilisé pour modéliser la stabilité des flancs et la mobilité des masses instables. Ainsi, l'influence de processus naturels sur le développement des ruptures a été déterminée. La propagation des débris a ensuite été évaluée selon divers paramètres donnés aux débris et à la géométrie de la surface de rupture, basés sur les résultats de l'étude de stabilité. Cette étude montre que les processus d'instabilités récents n'affectent que les strates sédimentaires peu profondes et n'ont donc pas une grande influence sur l'élargissement du canyon. Les sédiments post-glaciaires sont déposés conformément aux vastes cicatrices de glissement, qui datent d'une période antérieure.