Trent Lukaczyk pilote le drone FlightWave Edge alors qu'il se prépare à atterrir sur le navire de recherche Paragon. Crédit :Steve Haddock/MBARI 2017
Les drones ne sont pas seulement pour les amateurs, ils ont une nouvelle application scientifique, indiquant les changements sous la surface de la mer. Les chercheurs de MBARI explorent les possibilités d'utiliser des véhicules aériens sans pilote (UAV) pour accompagner et améliorer la science et l'ingénierie océaniques. Les plates-formes aériennes telles que les drones, ou des drones, comme on les appelle plus communément, font des progrès dans les applications scientifiques en raison de la variété des capacités de télédétection qu'elles offrent. Cependant, en raison de conditions environnementales difficiles - eau, vent, et les vagues—les sciences marines ont été plus lentes à adopter cette technologie. Heureusement que ça change, car il y a maintenant au moins deux développeurs de drones qui ont décidé de relever ce défi et de concevoir des véhicules aériens pour des applications marines.
Un de ces fournisseurs, FlightWave Aérospatiale Inc., fondée par l'ingénieur aéronautique et collaborateur MBARI Trent Lukaczyk, a développé un drone capable de décoller et d'atterrir verticalement comme un hélicoptère, puis de voler horizontalement comme un avion sur une distance allant jusqu'à 100 kilomètres. Ce drone, partie d'un système aérien sans pilote (UAS) qui vient avec des charges utiles personnalisables, peut fonctionner avec des vents allant jusqu'à 40 nœuds et est même résistant à l'eau jusqu'à une profondeur d'un mètre (trois pieds).
Intrigué par la polyvalence proposée de ce système aérien, L'océanographe biologique MBARI Francisco Chavez était curieux de voir si ses capteurs pouvaient détecter un front d'upwelling à la surface de l'océan depuis les airs, et a invité Lukaczyk à MBARI pour tester son "système d'avion à voilure fixe tricopter hybride, " comme décrit sur le site Web de FlightWave.
Les fronts d'upwelling sont des panaches d'eau froide qui apportent une abondance de nutriments des profondeurs vers la surface. Cette, à son tour, provoque une vague d'activité biologique, de la floraison du phytoplancton jusqu'au réseau trophique jusqu'aux baleines. Une façon pour les chercheurs de localiser un front d'upwelling consiste à mesurer le rayonnement/la température infrarouge thermique émis par la surface de l'océan. Un changement dramatique de température peut indiquer la présence d'un front et l'emplacement précis se trouve entre les zones les plus froides et les plus chaudes de l'eau de surface.
Cette séquence d'images satellitaires infrarouges thermiques de la baie de Monterey montre le développement d'un front d'upwelling tel qu'indiqué par les différences de température à la surface de la mer. La ligne noire est la position du front situé entre l'eau chaude et l'eau froide. Les zones bleu foncé et violet indiquent l'eau la plus froide qui provient d'un endroit de remontée d'eau fréquente au nord-ouest de la baie. Ce panache de froid, la remontée d'eau alimente l'activité biologique de la baie de Monterey. Crédit :NOAA
Les satellites peuvent détecter le rayonnement infrarouge thermique, mais par temps nuageux, leur capacité à le faire est entravée. Un véhicule aérien a l'avantage de pouvoir voler sous les nuages. Cependant, Les drones peuvent encore avoir des difficultés à enregistrer les températures de surface des océans en raison des interférences du brouillard, brume, et la vapeur d'eau. Actuellement, la meilleure façon de prendre la température exacte de l'océan est directement depuis les navires de recherche.
Au cours de l'expérience CANON de MBARI en 2017, Lukaczyk et son équipe ont rejoint les chercheurs de MBARI pour déployer son UAV à partir du navire de recherche Paragon pour survoler un front d'upwelling connu. L'UAS FlightWave Edge était équipé de deux caméras :une caméra infrarouge thermique pour enregistrer la température, et une caméra visuelle standard pour détecter les changements de couleur à la surface de l'océan qui pourraient indiquer des proliférations de phytoplancton.
Une flotte de véhicules autonomes sous-marins à longue portée (LRAUV) a également été déployée lors de l'expérience CANON pour voler sous l'eau à travers le front. Après que les LRAUV ont détecté la position du front, le drone a été déployé pour voir comment ses données de rayonnement infrarouge thermique se compareraient aux données des LRAUV et d'autres véhicules de surface.
Cette image satellite en vraies couleurs de l'océan au large de la côte centrale de la Californie montre de grands tourbillons verts tourbillonnants qui indiquent des proliférations de phytoplancton. L'image est légèrement obscurcie par une couverture nuageuse brumeuse. Un système aérien sans pilote serait capable de capturer des images en vraies couleurs tout en volant sous le plafond nuageux. Crédit :NASA Ocean Biology Processing Group
Conformément aux règlements de la Federal Aviation Administration, le pilote breveté à bord du R/V Paragon était tenu de garder l'UAV en ligne de mire en tout temps. Cela signifiait qu'une fois que l'UAV avait été lancé verticalement et avait commencé son vol horizontal, le Paragon devait le chasser à travers l'océan à des vitesses de 25 à 30 nœuds pour suivre le drone rapide.
Au cours d'une semaine, l'UAV a effectué dix transects perpendiculaires à un front d'upwelling persistant pour voir si ses capteurs pouvaient détecter des différences de couleur et de température de l'eau de chaque côté du front. Voler de 50 à 100 mètres au-dessus de l'océan, l'UAV est resté en toute sécurité au-dessus de tout navire de haute mer, mais toujours sous le plafond nuageux.
Les résultats de l'expérience CANON étaient suffisamment prometteurs pour que les chercheurs de MBARI envisagent d'utiliser des drones dans des expériences ultérieures. Avoir la capacité d'étudier et de collecter de manière autonome des données à la fois sous et au-dessus de la surface de l'océan améliorerait et compléterait les capacités de recherche océanographique de MBARI.
A bord du navire de recherche Paragon, Trent Lukaczyk (en bas à droite) regarde son drone FlightWave Edge de retour. Crédit :Steve Haddock/MBARI 2017
En plus de FlightWave, Les chercheurs de MBARI étudient également d'autres sociétés de développement de drones, dont celui dont le drone n'est pas seulement conçu pour décoller et atterrir sur un navire en mouvement en mer, mais peut suivre ce navire en mouvement alors qu'il tangue et roule sur l'océan en mouvement constant. Maintenant que les sciences marines ont l'attention des entreprises de conception d'UAV, il y aura probablement plus d'occasions pour les chercheurs du MBARI d'exploiter leurs sciences et leur génie océaniques dans les airs.
