Des micromoteurs à la conquête des océans

Dans le cadre du projet international d'exploration des océans Argo, près de 2 500 sondes (flotteurs) autonomes sont actuellement déployées. Dans la phase finale du projet de recherche, l'objectif est d'avoir 3 000 flotteurs opérationnels en permanence. La tâche principale de toutes ces sondes consiste à mesurer la température de l'eau et la salinité à différentes profondeurs. D'autres valeurs de mesure, telles que la turbidité de l'eau et la présence de plancton, peuvent être ajoutées ultérieurement. La société Optimare Sensorsysteme AG (Bremerhaven, Allemagne) est chargée de fabriquer et d'entretenir les flotteurs NEMO fournis par l'Allemagne. Afin de garantir une utilisation la plus universelle possible, ces flotteurs ont été conçus comme des unités au fonctionnement autonome. Cela signifie qu'ils peuvent flotter librement et collecter des données aussi bien sous la glace qu'à différentes profondeurs programmables. Pour transmettre les données de mesure par satellite, ils refont surface à intervalles réguliers, définis au préalable. Afin d'atteindre la régulation de profondeur fiable et sans aucun entretien qui est requise, la société Optimare collabore avec le fabricant de micromoteurs FAULHABER. C'est ainsi qu'un système compact et robuste a vu le jour pour une régulation précise du niveau de profondeur des sondes.

Application technique d'un principe biologique

Depuis la nuit des temps, de nombreuses espèces de poissons utilisent une vessie natatoire pour contrôler leur flottabilité dans l'eau. Cela leur permet de flotter dans l'eau grâce à un simple réglage de densité et sans dépenser d'énergie supplémentaire. Ceci est précisément la caractéristique requise afin d'obtenir une durée de fonctionnement la plus longue possible pour les bouées de mesure.

Un piston hydraulique rempli d'huile constitue la source principale de flottabilité. Étant donné que l'huile est presque totalement incompressible, cette flottabilité est quasi indépendante du niveau de profondeur. Pour pouvoir commander la sonde de manière ciblée à la profondeur de plongée, la quantité d'huile dans une poche flottante est régulée à l'aide du piston. En fonction du niveau de remplissage de cette poche, la densité globale de la sonde varie et celle-ci plonge, flotte ou remonte à la surface. Un piston de commande sert d'élément régulant pour faire varier la pression du gaz. Dans la sonde, les muscles sont remplacés par un micromoteur C.C. d'une puissance de 26 W qui assure l'entraînement du piston. Grâce à un réducteur planétaire bridé de réduction de 1526 : 1 et un entraînement avec vis filetée en aval, le couple est suffisant pour assurer un fonctionnement, même à 2 000 mètres de profondeur. Le moteur du spécialiste des entraînements de Schönaich s'avère dès le départ parfaitement bien adapté.

Entraînement C.C. toujours d'actualité

Timo Witte, chef de projet du développement des flotteurs NEMO, explique à ce propos : « Pour notre application, les propriétés du moteur C.C. à commutation à balais s'avèrent parfaites. Il démarre dès la plus petite tension et la commande peut être intégrée très facilement en tant que commutateur marche-arrêt au sein de l'électronique embarquée. » La grande fiabilité du moteur standard, ses dimensions compactes (35 mm de diamètre et 57 mm de longueur) et sa puissance utile élevée parlent d'elles-mêmes. Le haut rendement d'environ 80 % pour un moteur C.C. économise les réserves d'énergie. Timo Witte évoque un autre facteur ayant motivé le choix de l'entraînement : « Pour la sonde sous-marine autonome, il est essentiel que le démarrage se déroule sans problème, même après de longues périodes de pause. La sonde est garantie pour une durée de fonctionnement de 3 ans ou jusqu'à 150 cycles de plongée, mais il est tout à fait possible d'atteindre des durées de vie allant jusqu'à 5 ans. Le moteur doit fonctionner de manière fiable tout au long de cette période. » Étant donné que le temps de marche réel est très court pour le réglage de la profondeur, l'usure des balais ne joue aucun rôle. Par contre, l'avantage d'avoir une commande simple et fiable a toute son importance.

Le moteur standard est insensible aux variations de température de plus de 25°C sous les tropiques, aux températures légèrement en dessous de zéro dans les régions polaires ou aux températures constantes d'environ 4°C dans les grands fonds. Le réducteur correspond également aux réducteurs standards du catalogue, excepté son remplissage de graisse modifié.
Les micromoteurs modernes offrent aujourd'hui des possibilités d'application presque universelles. Dans de nombreux cas, un entraînement standard suffit. Pour les exigences plus élevées, il est possible de produire des entraînements parfaitement adaptés sans problème.