Inefficace sous l'eau, le MIT trouve un moyen de remplacer le GPS pour l'exploration sous-marine

08 novembre 2020 à 11h23
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© MIT

Des chercheurs du MIT ont mis au point un dispositif qui devrait, à terme, permettre de cartographier les océans à la manière d’un GPS. 

Développé dans les années 70 et 80 suite au déploiement de satellites dédiés, le GPS a été une véritable révolution pour de nombreux domaines. Plus de 70 % de la Terre ne peut toutefois pas bénéficier de ce système qui repose sur les ondes radio. En effet, ces dernières se détériorent très rapidement dans l’eau, rendant impossible leur utilisation dans cet environnement. « Pourquoi ne pouvons-nous pas envoyer de véhicules sous-marins sans équipage en mission pour explorer l'océan ? Voici la réponse : nous les perdrons », explique Reza Ghaffarivardavagh, dirigeant des recherches réalisées par le MIT.

Réfléchir les signaux acoustiques plutôt que les transmettre

À l’heure actuelle, les appareils utilisés pour suivre les drones ou les animaux sous-marins envoient des signaux acoustiques à un récepteur qui détermine l’origine du son. Problème : ces dispositifs sont très énergivores et nécessitent un changement de batterie régulier, ce qui n’est pas idéal lorsqu’il s’agit par exemple d’une baleine en migration, explique le MIT. 

Les chercheurs de l’Institut de technologie du Massachusetts ont donc développé un système baptisé « Underwater Backscatter Localisation » (UBL) ou « localisation par rétro-diffusion sous-marine » en français. Ici, l’appareil réfléchit les ondes acoustiques plutôt que de les transmettre lui-même grâce à des capteurs piézoélectriques. Il n’a, de ce fait, pas besoin de batterie. 

« Contrairement aux systèmes de communication acoustique sous-marins traditionnels, qui nécessitent que chaque capteur génère ses propres signaux, les nœuds de rétrodiffusion communiquent en reflétant simplement les signaux acoustiques dans l'environnement. Ces nœuds peuvent également s'activer en récoltant l'énergie des signaux acoustiques. Ainsi [...], l’UBL nous permettrait de construire un GPS sous-marin durable, évolutif et sans batterie », déclarent les chercheurs dans leur article.

Un système qui a fait ses preuves, mais qui doit encore être perfectionné

Le système génère des impulsions binaires : 1s pour les ondes réfléchies et 0s pour les ondes non réfléchies. Tout n’est cependant pas si simple. En effet, l’océan est rempli d’échos acoustiques : en plus de se déplacer entre l’appareil réfléchissant et le récepteur, les ondes sonores voyagent également entre la surface et le fond de l'eau, revenant au dispositif à des moments différents. 

Afin de passer outre ces complications, les chercheurs ont eu recours à une méthode baptisée saut de fréquence. Ils expliquent : « Plutôt que d'envoyer des signaux acoustiques à une seule fréquence, l'unité d'observation envoie une séquence de signaux sur une gamme de fréquences. Chaque fréquence a une longueur d'onde différente, de sorte que les ondes sonores réfléchies reviennent à l'unité d'observation à des phases différentes. En combinant les informations sur le temps et la phase, l'observateur peut déterminer avec précision la distance qui le sépare du dispositif de suivi ». 

Si cette technique s’est révélée efficace dans les eaux profondes, elle rencontre davantage de difficultés dans les endroits plus denses. Sa technologie doit encore être perfectionnée, mais les scientifiques ont bon espoir en ses usages. Elle permettrait de suivre les véhicules autonomes sous-marins sans épuiser de batteries, ou encore d’aider à mieux étudier les fonds marins pour évaluer l'impact du changement climatique. 

Sources : ZDNet, MIT News

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