Lancé fin 2021 par HydroSharks, le projet Zéphyr est un trimaran autonome bi-mât à voiles rigides mû uniquement par la force du vent. Cet USV (Unmanned Surface Vessel) a pour but de servir de plateforme de recherche en mer pour des missions d’observation ou d’exploration.

Pour commencer, le Zéphyr est constitué d’une coque principale de 4.7 m de long reliée à deux flotteurs de 2.3 m par des bras en aluminium de 1.5 m faisant de ce trimaran une plateforme flottante de 14 m2. Animé par la force du vent, le Zéphyr possède deux mâts de 2.5 m de haut sur lesquels sont montées des voiles rigides constituées d’une partie principale et d’un volet articulé pouvant s’orienter jusqu’à 30° par rapport à l’élément principal de la voile. Les mâts sont, eux aussi, orientables à 270° pour s’adapter à tous les angles d’incidence du vent.

Pour permettre au Zéphyr de mener à bien ses missions de recherche en mer, le trimaran dispose d’un espace vide de 40 cm ∗ 36 cm d’une profondeur de 54 cm. Cet espace, appelé baie de capteurs, est prévu pour être totalement modulable et adaptable à tout type de capteur. Cette baie sera étanche et séparée du reste du bateau pour ne pas créer de voie d’eau mais les capteurs communiqueront les informations recueillies aux ordinateurs du Zéphyr via un faisceau de câbles. D’autres boîtes, étanches, constituent le reste de l’espace disponible dans la coque principale. Pour parler maintenant de la construction du bateau, sa structure interne est un assemblage de pièces en contreplaqué qui constitue un squelette sur lequel sont vissés des chevrons de bois pour assurer la rigidité de l’ensemble. Sur ce squelette, il faut ensuite coller des blocs de polystyrène. Ces pains de polystyrène permettent d’assurer la flottabilité du bateau mais aussi la forme de sa coque. La partie la plus délicate de la construction du Zéphyr est sa stratification. Effectivement, pour assurer l’étanchéité du bateau mais aussi la solidité de l’ensemble contreplaqué/polystyrène (CP/PS), ce dernier sera recouvert de couches de fibres de verre et de fibres de carbone noyées dans une résine époxy.

Cette stratification est très utilisée dans l’industrie : c’est le composite. Les pièces en composite sont très résistantes aux chocs et à l’usure en plus d’être très légères. Cela nous intéresse tout particulièrement dans notre cas : nous voulons avoir un bateau robuste dont la coque sera réalisée avec l’aide de professionnels du milieu.

Pour l’autonomie énergétique, notre trimaran devra être capable d’assurer ses missions en mer sans être rechargé dans un port pendant plusieurs jours, voire même plusieurs semaines. Des batteries de plusieurs kWh seront embarquées dans le bateau et elles pourront se recharger via des panneaux solaires installés sur les bras des flotteurs.

La communication à bord du Zéphyr sera garanti, à tout endroit de la Terre, par un module de communication satellite qui nous donnera la position du trimaran régulièrement. Les communications rapprochées, c'est-à-dire à moins de 5km, seront assurées par un réseau WiFi, cellulaire ou longue distance de type LoRa s'il est juste question de manœuvrer le bateau ou d'avoir des informations simples (niveau de batterie, état des équipements, etc.). Des antennes seront ainsi accrochées en haut des deux mats rendant les communications plus performantes.

Le schéma de navigation sera donné au Zéphyr au début de sa mission sous forme de point de passage qu'il devra atteindre en autonomie. Pour cela, plusieurs programmes seront développés pour permettre des déplacements en toute sécurité (maintien de cap, contrôle du roulis, identification des bateaux, respect des règles maritimes, détection et évitement d'obstacles). La connaissance de son environnement sera donc un atout indispensable au Zéphyr. Deux caméras grands angles appuyées par un radar lui donneront la capacité de voir ses abords. Une station météo l'informera des conditions de vent et une sonde lui indiquera le courant dans les eaux où il naviguera.

Le Zéphyr connaîtra son environnement mais pas seulement. En effet, plusieurs capteurs à bord l'informerons de l'état de sa structure, de la température des boites, du taux d'humidité, de ses mouvements et déplacement, de sa vitesse, de sa position, de son niveau de batterie, etc. Toutes les informations lui seront nécessaire pour naviguer en toute sécurité.

Pour finir, une multitude d'algorithmes sera développée, comme des algorithmes de gestion d'environnement. En effet, la température, l'hygrométrie dans les boîtes ne doivent en aucun cas dépasser les plages de fonctionnement des équipements présents. Seront aussi développés des algorithmes de contrôle des moteurs des voiles et du safran, des algorithmes de définition de trajectoire au niveau local et global, un algorithme de vision de l'environnement proche (détection et suivi d'obstacles, détection de la ligne d'horizon pour calculer des distances) ou encore un algorithme de prévision météorologique très localisée. Enfin, un algorithme de gestion énergétique qui s'adaptera en fonction de la météo et du niveau de ses batteries régulera la puissance envoyée aux différents équipements du Zéphyr.