Stage
Développement, prototypage et validation terrain d’un système de flottabilité asservi pour l’étude des eaux marines et continentales
Date de publication
22.01.25
Prise de poste souhaitée
01.04.25
Lieu : LAAS-CNRS à Toulouse
Durée : 3 à 6 mois
Gratification : oui (environ 600 € mensuel)
Niveau : niveau d’étude équivalent M1 ou M2 – PFE École d’ingénieur.
Profil recherché :
Ce projet fait appel à des compétences multiples, puisqu’il mêle à la fois robotique, physique, automatique, mécanique et électronique. Curiosité, inventivité, d’esprit d’initiative et surtout motivation sans faille seront les qualités idéales pour atteindre les objectifs sur la durée du stage.
Contexte scientifique :
Le LAAS CNRS a récemment développé une sonde multiparamètres frugale Open Source/Open Hardware [1] qui regroupe désormais sept capteurs destinés à étudier les propriétés physiques et biogéochimiques des eaux marine et continentales. Ce type de sonde peut être déployée via différents scénarios : de façon ponctuelle, avec une immersion par un opérateur puis une récupération après mesure ; en stationnaire, avec un ancrage à un ponton ou une bouée par exemple ; sur un vecteur mobile (bateau, drone sous-marin, bouée dérivante, glider…). Un autre type de déploiement particulièrement intéressant consiste à doter la sonde d’une capacité à moduler sa flottabilité, ce qui permet d’acquérir des données à différentes profondeurs dans ce que l’on nomme la colonne d’eau. En effet de nombreux paramètres dépendent de la profondeur à laquelle ils sont mesurés, et leur obtention à différents niveaux de la colonne d’eau permet d’améliorer drastiquement la compréhension du fonctionnement des masses d’eaux. Cette méthodologie est systématiquement appliquée en océan hauturier, mais le coût (15 000 à plus de 100 000 €), l’encombrement et les contraintes de déploiement des instruments actuels limite leur utilisation dans d’autres zones telles que le milieu côtier ou les environnements lacustres. Des travaux récents à l’Université de Lausanne[nb#1] ont montré l’intérêt d’un profileur automatisé pour le suivi de lacs soumis aux changements climatiques.

Objectifs :
L’objectif de ce stage est de développer un système asservi de gestion de la flottabilité qui peut être ajouté à la sonde multiparamètres développée au LAAS. Plusieurs approches ont déjà été présentées dans la littérature ou déployées avec succès dans des projets d’envergure tels que le programme international Argo[nb#2]. La quasi-totalité de ces systèmes est basée sur l’ajustement du volume externe de la sonde, qui modifie sa masse volumique et donc sa flottabilité [2,3,4,5]. Cette modification de volume se fait généralement soit par déplacement d’un piston mobile grâce à un moteur, ou par une vessie contenant de l’huile dont le volume est ajusté via une pompe hydraulique. Ces systèmes sont prévus pour atteindre des profondeurs importantes, allant de 500 à 6000 mètres pour les modèles grands fonds. L’objectif ici sera plus modeste, et se limitera dans un premier temps à la zone 0-100m. La sonde développée au LAAS étant beaucoup plus compacte que les systèmes existants, d’autres options plus originales peuvent être envisagées, en prenant inspiration par exemple dans le modélisme (sous-marins miniatures), ou en exploitant d’autres méthodes d’actionnement (cartouche CO2).
La philosophie de développement sera similaire à celle de la sonde, à savoir une approche Open Source/Open Hardware, et une utilisation autant que faire se peut de techniques de fabrication et de composants permettant d’en faciliter la réplication future.
Environnement de travail :
Pour mener à bien ce projet ambitieux, le candidat aura à disposition un ensemble de compétences et de matériels de haut niveau grâce aux services du LAAS. Il pourra compter sur un parc de machines d’impression 3D fil chaud (FDM), stéréolithograhie (SLA) ou SLS, du soutien de l’atelier de mécanique, du l’atelier d’électronique, ainsi que d’interlocuteurs expérimentés. Les tests des premiers prototypes se dérouleront au laboratoire, puis en fonction de la maturité du prototype pourront être testés sur des sites naturels : Canal du Midi, Lac de Montbel, et Observatoire Océanologique de Banyuls sur Mer.
Encadrement :
Le stage sera encadré par Vincent Raimbault (équipe MICA – capteurs) et Thomas Flayols (Service I2C – robotique).
Contact : Vincent Raimbault (vraimbau@laas.fr).
https://www.researchgate.net/profile/Vincent-Raimbault-2
https://orcid.org/0000-0003-1812-0409
Téléphone : 05 61 33 63 65.
Laboratoire LAAS : https://www.laas.fr/public/
Références bibliographiques :
[1] Sanchez, R., Groc, M., Vuillemin, R., Pujo-Pay, M., & Raimbault, V. (2023). Development of a frugal, in situ sensor implementing a ratiometric method for continuous monitoring of turbidity in natural waters. Sensors, 23(4), 1897.
[2] Le Mézo, T., Le Maillot, G., Ropert, T., Jaulin, L., Ponte, A., & Zerr, B. (2020). Design and control of a low-cost autonomous profiling float. Mechanics & Industry, 21(5), 512.
[3] Jaffe, J. S., Franks, P. J., Roberts, P. L., Mirza, D., Schurgers, C., Kastner, R., & Boch, A. (2017). A swarm of autonomous miniature underwater robot drifters for exploring submesoscale ocean dynamics. Nature communications, 8(1), 1-8.
[4] Katz, Y., & Groper, M. (2022). On the Development of a Mid-Depth Lagrangian Float for Littoral Deployment. Journal of Marine Science and Engineering, 10(12), 2030.
[5] Bai, Y., Hu, R., Bi, Y., Liu, C., Zeng, Z., & Lian, L. (2022). Design and depth control of a buoyancy-driven profiling float. Sensors, 22(7), 2505.
[nb#2] https://argo.ucsd.edu/