Emmitouflé dans un équipement de neige et maniant une tronçonneuse, une équipe d'ingénieurs a découpé un bloc rectangulaire dans la glace solide sous les pieds, creusant une entrée pour leur robot sous-marin. Ils ont fait tomber le véhicule en forme de torpille, nommé Polaris, dans le trou noir creusé à la surface du lac Bog, Maine, et il glissa doucement dans l'eau. L'essai sur le terrain - une collaboration entre MBARI et le Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI) - a marqué la première fois qu'un véhicule sous-marin autonome longue portée MBARI (LRAUV) voyageait sous une calotte glaciaire. Mais ce ne sera pas la dernière :Polaris ou des robots similaires pourraient éventuellement être utilisés pour détecter les déversements de pétrole et les proliférations d'algues dans l'Arctique recouvert de glace.

Les véhicules sous-marins autonomes (AUV) peuvent transporter une variété d'instruments, y compris ceux qui mesurent la température de l'eau, prélever des échantillons d'eau, ou enregistrer le son sous l'eau. Les scientifiques et les ingénieurs déploient généralement ces robots sur le côté d'un navire. Le véhicule navigue alors seul dans les eaux environnantes, et achève sa mission en un jour ou deux.

Polaris, cependant, est l'un des AUV longue portée (LRAUV) de MBARI, conçu pour rester dans l'eau pendant des semaines à la fois. Bien que d'autres robots sous-marins puissent rester en mer pendant de longues périodes, le LRAUV transporte tous les capteurs essentiels pour les études de surveillance à long terme et est beaucoup plus rentable que l'utilisation d'un navire de recherche et d'un équipage pour collecter les mêmes données.

« Les capacités à longue portée des AUV sont encore relativement nouvelles, ", a déclaré Brian Kieft, ingénieur logiciel principal de MBARI. "Tous nos LRAUV ont été conçus pour pouvoir éventuellement fonctionner avec un plafond suspendu, comme une calotte glaciaire, mais ce projet est unique car, après presque 25 ans, 000 heures en mer, c'est la toute première fois qu'un LRAUV est sous la glace."

La plupart des AUV remontent périodiquement à la surface, en utilisant le GPS pour savoir où ils se trouvent. Mais faire surface n'est pas une option lorsque l'on opère sous une calotte glaciaire; au lieu, Polaris manœuvre dans l'eau en utilisant sa vitesse, titre, proximité d'une balise acoustique, et sonar pour estimer sa position en continu.

Pendant que Polaris voyage sous la glace, les scientifiques peuvent garder un œil sur le robot et télécharger de petites quantités de données à l'aide d'un transducteur acoustique sous-marin abaissé dans un trou dans la glace. Le LRAUV peut détecter et localiser de telles balises acoustiques jusqu'à cinq kilomètres (plus de trois miles). Les chercheurs peuvent étendre la gamme des LRAUV en perçant des trous supplémentaires dans la glace et en y plaçant des transducteurs. "Cela vous donne cinq kilomètres de portée autour de chaque trou où vous pouvez toujours récupérer des données et déterminer ce qui se passe, " a expliqué Kieft.

Au terme de sa mission, Polaris doit trouver et s'amarrer à une corde suspendue à travers la glace, sa station d'accueil. Le LRAUV sous la glace est équipé d'un nez d'amarrage spécial encadré de deux « moustaches » métalliques qui l'aident à s'accrocher à cette fine ligne verticale. En pointant sur une balise acoustique, le robot peut retourner au quai s'il y a des problèmes pendant le déploiement. "C'est la maison douce à la maison, " a déclaré Brett Hobson, ingénieur en mécanique principal. " Le quai est le seul endroit où il peut s'arrêter, le seul endroit où il est en sécurité."

Avant d'aller là où aucun autre LRAUV n'est allé auparavant, Polaris a été testé au large des côtes ensoleillées de la Californie. Il y a deux étés, Les scientifiques et les ingénieurs de MBARI ont dispersé un panache de colorant biodégradable vert fluorescent dans les eaux bleu foncé du Pacifique. Les ingénieurs ont ensuite testé la capacité du robot à suivre les bords du panache, une compétence qui pourrait se traduire par la détection de déversements d'hydrocarbures inégaux ou de proliférations d'algues. Les tests à Santa Barbara et Monterey Bay, comme ceux de Bog Lake, ont été financés par une subvention au Centre de sensibilisation au domaine arctique (ADAC) de l'Université de l'Alaska par le département américain de la Sécurité intérieure.

Après avoir mené des essais sur le terrain dans les températures inférieures au point de congélation du nord du Maine, les équipes d'ingénierie peuvent mieux apprécier la conception autonome de leur véhicule. "En théorie, une fois le LRAUV déposé dans l'eau, tu peux rentrer chez toi, " a déclaré Hobson. " Il peut être utilisé à partir d'un navigateur sur un ordinateur, qui peut être situé n'importe où dans le monde. » Ce serait une option très attrayante pour les déploiements dans l'Arctique. Mais même l'AUV le plus robuste n'est pas à l'abri des températures glaciales. À Bog Lake, les ingénieurs ont dû envelopper le robot dans des couvertures chauffantes lorsqu'il n'était pas dans l'eau, pour éviter que ses composants mécaniques ne gèlent.

Aussi mauvaises que soient les conditions dans le Maine, Polaris sera bientôt confronté à des climats encore plus rudes. Le trafic maritime et l'exploration pétrolière augmentent dans l'Arctique, laissant la Garde côtière préoccupée par un risque accru de déversements d'hydrocarbures. En cas de déversement majeur sous la glace, la façade blanche et lisse d'une plate-forme de glace pourrait dissimuler complètement le pétrole à mesure qu'il se répand en dessous, causant des dommages environnementaux étendus et rendant le confinement difficile ou impossible.

"Vous ne pouvez pas vraiment savoir ce qui se passe sous la glace avec les méthodes d'observation traditionnelles, " a déclaré Kieft. Le groupe de recherche ADAC espère qu'en déployant des LRAUV équipés d'instruments pour mesurer les concentrations de pétrole dans l'eau, ils peuvent cartographier rapidement un déversement, suivre son mouvement, et peut-être même identifier la source de l'infiltration.

Concevoir un robot capable de plonger sous une calotte glaciaire, suivre un panache, et retrouver son chemin nécessitait beaucoup d'ingénierie sur site. "Nous avons changé beaucoup de comportements de ce robot, " a déclaré Kieft. " Une partie de la technologie, comme la capacité d'accueil que nous avons développée pour ce projet, pourrait avoir des avantages considérables pour les scientifiques du MBARI, et, espérons-le, des scientifiques du monde entier, que ce soit sous la glace ou en eau libre."

La prochaine étape du robot sera les Grands Lacs en mars, suivi de Barrow, Alaska en juillet. La conception du LRAUV a été licenciée à WHOI, qui prévoit de construire des véhicules supplémentaires. Bien que MBARI continuera à fournir un soutien, Polaris a été officiellement remis aux scientifiques de l'OMSI, qui l'exploitera à l'avenir.