Surtout utilisée en aviation, la centrale inertielle l’est de plus en plus en voile. Cela confirme combien la course au large se rapproche de la problématique de l’aéronautique… en plus compliqué puisque la navigation maritime s’effectue à l’interface de deux fluides de densités très différentes (mais c’est un autre sujet). La centrale inertielle est employée sur les voiliers de course comme un instrument de navigation relative, par l’analyse de l’attitude du bateau, tandis que la navigation absolue reste assurée au GPS. Elle sert à la correction de la mesure du vent apparent pour un meilleur calcul du vent vrai. Elle améliore ainsi considérablement le pilotage automatique en mode Vent réel.

 

Tout le système de pilote repose donc sur le vent réel et le premier impératif est de garantir que cette information soit disponible en permanence et avec une très grande réactivité. Les enregistrements effectués avec la plateforme de développement NKE ont montré qu’à chaque fois que le bateau percute une vague, cela induit un écart de girouette pouvant aller jusqu’à 40° en tête de mât ! En termes d’électronique, on dit qu’il y a beaucoup de bruit dans le signal, c’est-à-dire nombre d’informations parasitaires pour seulement quelques paramètres réellement significatifs d’où la nécessité de filtrer les parasites afin de faire ressortir les données réelles.

 

 

 

Lorsque le bateau percute une vague, la girouette subit un écart de 20° à 30°… pouvant aller jusqu’à 40° ! Cela induit un bruit considérable dans la mesure du vent apparent donc dans le calcul du vent réel (© Gilles Martin-Raget / Team Foncia – Sea & Co). 

 

 

 

Avec un bus (réseau électronique généralement constitué d’un câble blindé unique – le câble bus – à trois fils : masse, alimentation et données) à 7 Hz (c’est-à-dire une donnée brute 7 fois par seconde) pour le Vendée Globe 2004 (à 25 Hz désormais, le gain est donc d’un facteur 3,6 avec la génération 2008 !), NKE parvenait déjà à sortir un vent réel moyenné qui était de moins mauvaise qualité. Cette fois, on y a ajouté un nouveau programme dans le calculateur de système de pilote qui permet d’enlever le bruit en connaissant les effets d’accélérations/décélérations dans les vagues.

 

Ceux-ci sont donc connus par une centrale inertielle qui enregistre les accélérations dans les trois axes. Trois gyromètres mesurent aussi la vitesse de giration du bateau (toujours dans les trois axes), les trois angles d’Euler (roulis, tangage, lacet) étant également pris en compte. Enfin, trois magnétomètres fournissent un cap compas corrigé et stabilisé de ces accélérations et girations.

 

Tous ces capteurs résident dans le nouveau boîtier 3D Sensor qui n’est pas plus gros qu’un paquet de cigarettes. C’est celui que Michel Desjoyeaux a installé au plafond à côté de la descente de Foncia – comme il l’avait montré à Loïc Le Bras et François Déliac dans la vidéo exclusive tournée par Voiles et voiliers – le plus loin possible des champs électromagnétiques du bord, lesquels se concentrent sur la cloison des instruments et dans la zone du moteur (voir la photo parue dans l’épisode 1).

 

 

 

La centrale inertielle 3D Sensor tient dans un boîtier mesurant 11 X 5,6 X 3,9 centimètres, sa consommation étant de 45 mA pour l’ensemble de ses fonctions ! Elle fournit 12 données (accélération, vitesse de giration, champ magnétique et angle d’Euler dans les trois axes) à 25 Hz soit 25 fois par seconde (© NKE).

 

 

 

Ces 12 données (accélération, vitesse de giration, champ magnétique et angle d’Euler dans les trois axes) sont fournies à 25 Hz (25 fois par seconde) au nouveau calculateur dont le processeur est suffisamment rapide pour les intégrer dans ce temps infime qui permet au pilote automatique de ne pas réagir à contretemps. Le système de pilote complet (tel qu’il était à bord de Foncia, de Veolia Environnement et de PRB) se compose ainsi du processeur (en l’occurrence le Processor HR – pour haute résolution – qui intègre " l’intelligence " du pilote et l’algorithme géré par un logiciel développé spécialement pour cette partie calcul, primordiale), de capteurs 3D Sensor dans le mât (angle et attitude) et dans la coque (attitude de celle-ci comme on l’a déjà vu), de la girouette-anémomètre (dont je parlerai dans le prochain épisode) et des capteurs de vitesse surface (loch-speedo à ultrasons) et de vitesse fond (GPS rapide) (que j’ai évoqués dans l’épisode 2).

 

 

 

Au coeur du système de pilote, le Processor HR est l’ordinateur (développé sur une base Linux 2.4) où s’effectuent les calculs. Alimentés en données par tous les capteurs du réseau, les algorithmes y définissent la consigne de barre envoyée au pilote. Étanche à la norme IP 67 et extrêmement robuste, il ne consomme que 277 mA et tient dans un boîtier de 20 X 11 X 6 centimètres (© NKE).

 

 

 

Il faut introduire ici une parenthèse importante concernant la composante magnétique du 3D Sensor et les problèmes rencontrés à proximité du pôle Sud magnétique où les compas deviennent fous. Les magnétomètres du nouveau capteur NKE devaient être testés lors de la Velux 5 Oceans 2006-2007 par Bernard Stamm mais celui-ci n’avait pu effectuer des enregistrements et dans la Barcelona World Race 2007-2008, tous les coureurs équipés NKE avaient abandonné avant la région où le champ magnétique est erratique. La composante magnétique du 3D Sensor n’était donc pas validée pour cette zone (cela fait partie des problèmes à résoudre dans le débriefing de ce Vendée Globe 2008-2009 : comment adapter ces magnétomètres à la contrainte du pôle magnétique tout en maintenant leur débit d’information à 25 Hz, donc en trouvant des composants haute fréquence aptes à répondre à cette double contrainte).

 

Michel Desjoyeaux le savait et il avait embarqué le modèle de compas gyrostabilisé de marque KVH qu’il avait déjà lors de sa victoire 2000-2001 (et que Samantha Davies a toujours à bord de Roxy). Même s’il pèse près de 2 kilos et consomme 1,5 A (contre 100 grammes et 3 mA pour la composante magnétique du 3D Sensor), il a l’avantage d’être éprouvé. C’est en basculant sur celui-ci que Mich’ Desj’ a évité tout problème en utilisant le cap compas filtré du KVH dès que son système de pilote a donné des signes d’ivresse prononcée…

 

Ce comportement répréhensible est intervenu parce que le gyrocompas stabilisé des magnétomètres de la centrale inertielle 3D Sensor était directement employé pour fournir le cap compas au pilote automatique – au lieu du gyrocompas du système précédent qui n’est plus utilisé qu’en secours (mais certainement pas à proximité du pôle magnétique, dans un champ magnétique perturbé où un compas fluxgate – compas électronique à saturation – est totalement incapable de revenir à sa position après la moindre vague) – et parce qu’il s’est avéré que ces magnétomètres étaient bruités par les perturbations du champ magnétique (ce qui génère beaucoup de bruit à 25 Hz…).

 

 

 

Le pôle Sud magnétique est le point de la surface terrestre où le champ magnétique terrestre est vertical. L’inclinaison magnétique, c’est-à-dire l’angle entre le vecteur figurant le champ magnétique en un point donné et sa composante horizontale, y est de 90° (il pointe vers le centre de la Terre). Ce pôle Sud magnétique se déplace sans arrêt (d’environ 2,7 milles par an, actuellement vers le Nord-Nord-Ouest) : il est ici sur la côte du continent antarctique face à la Tasmanie et à l’Australie… à près de 1 550 milles du pôle Sud géographique. La perturbation du champ magnétique est considérable à proximité de ce pôle magnétique donc sur la route empruntée par le Vendée Globe à la sortie de l’océan Indien et à l’entrée dans l’océan Pacifique. Il ne faut pas confondre ce pôle Sud magnétique avec le pôle Sud géomagnétique (l’un des deux points de la surface terrestre définis par l’axe d’un dipôle incliné, placé au centre de la Terre) qui est utilisé par les géophysiciens. Et bien sûr avec le pôle Sud géographique qui est à l’intersection de l’axe de rotation de la Terre et de la surface de celle-ci (l’axe bougeant, ce pôle géographique se déplace aussi d’une dizaine de mètres par an autour d’une position moyenne) (© Australian Antarctic Division / www.aad.gov.au).

 

 

 

Enfin, parce qu’il faut bien parler gros sous et donner des ordres de grandeur, une centrale inertielle comme le 3D Sensor de NKE est commercialisée à moins de 4 000 euros alors qu’on trouve sur un trimaran géant bien connu un modèle de centrale inertielle… à 60 000 euros pièce ! En effet, au-delà de la course au large stricto sensu, l’objectif de NKE est le marché de la régate où le 3D Sensor est proposé afin de " débruiter " le vent, pour un pilote automatique (comme en Figaro Bénéteau) ou pour un barreur (par exemple au Tour de France à la voile).

 

Le système doit donc rester à la fois léger et abordable économiquement. C’est la raison pour laquelle NKE propose depuis le dernier Salon nautique un Processor Regatta (version simplifiée du Processor HR mais toujours à 25 Hz) avec un 3D Sensor pour les régatiers voulant disposer d’un vent réel propre, en particulier afin de nourrir les logiciels de performance, comme Optima et Tactique d’Adrena (voir L’arme fatale du Vendée Globe épisode 2 et épisode 3), Deckman de B&G (notamment distribué en France par Ocean Data System) et Expedition (idem) ou MaxSea (voir L’arme fatale du Vendée Globe, épisode 4).

 

Sujettes à des évolutions en cours, des options beaucoup plus élaborées du Processor HR et du 3D Sensor dans le mât (attitude d’un mât tournant ou vrillant) restent réservées aux écuries professionnelles de course au large qui ont de véritables capacités de développement informatique. On verra dans le prochain épisode que le calcul du vent réel – outre tous les paramètres déjà évoqués dans ces trois premiers épisodes, dont la vitesse surface et la dérive ou la gîte et le twist du mât – dépend aussi d’une bonne mesure du vent apparent. Malgré les… apparences, ce n’est pas forcément le plus simple !

 

O.C.