Un capteur sous-marin innovant sans pile exploite le son pour la collecte de données océaniques à long terme

Institut de technologie du Massachusetts, Cambridge

Pour étudier les océans, les chercheurs visent à construire un réseau immergé de capteurs interconnectés qui envoient des données à la surface. Fournir une alimentation constante à de nombreux capteurs conçus pour rester pendant de longues périodes sous l'eau constitue un problème majeur.

Un capteur piézoélectrique sous-marin sans pile transmet des données en absorbant ou en réfléchissant les ondes sonores vers un récepteur, où une onde réfléchie décode un bit 1 et une onde absorbée décode un bit 0 et stocke simultanément de l'énergie. (Image gracieuseté des chercheurs)

Un système de communication sous-marine sans batterie a été développé et utilise une énergie proche de zéro pour transmettre les données des capteurs. Le système pourrait être utilisé pour surveiller la température de la mer afin d'étudier le changement climatique et suivre la vie marine sur de longues périodes – et même échantillonner les eaux de planètes lointaines.

Le système exploite deux phénomènes clés :l'effet piézoélectrique qui se produit lorsque les vibrations de certains matériaux génèrent une charge électrique; et la rétrodiffusion, une technique de communication couramment utilisée pour les étiquettes RFID qui transmet des données en réfléchissant les signaux sans fil modulés sur une étiquette et vers un lecteur.

Un émetteur envoie des ondes acoustiques à travers l'eau vers un capteur piézoélectrique qui a stocké des données. Lorsque l’onde frappe le capteur, le matériau vibre et stocke la charge électrique qui en résulte. Ensuite, le capteur utilise l’énergie stockée pour réfléchir une onde vers un récepteur – ou il n’en réfléchit pas du tout. L'alternance entre les réflexions correspond ainsi aux bits des données transmises. Pour une onde réfléchie, le récepteur décode un 1; en l'absence d'onde réfléchie, le récepteur décode un 0. Établir un moyen de transmettre des 1 et des 0 permet d'envoyer n'importe quelle information.

Au cœur du système se trouve un nœud immergé, un circuit imprimé abritant un résonateur piézoélectrique, une unité de récupération d'énergie et un microcontrôleur. Tout type de capteur peut être intégré au nœud en programmant le microcontrôleur. Un projecteur acoustique (émetteur) et un dispositif d'écoute sous-marine, appelé hydrophone (récepteur), sont placés à une certaine distance.

L'émetteur et le récepteur doivent être alimentés mais peuvent être installés sur des navires ou des bouées où les piles sont plus faciles à remplacer, ou connectés à des prises terrestres. Un émetteur et un récepteur peuvent recueillir des informations provenant de nombreux capteurs couvrant une ou plusieurs zones.

Les applications incluent la biologie marine, l'océanographie, la météorologie ou d'autres domaines nécessitant une détection sous-marine à long terme et nécessitant peu d'effort humain. Le système pourrait également être utilisé pour collecter des données dans l’océan souterrain récemment découvert sur la plus grande lune de Saturne, Titan. En juin, la NASA a annoncé la mission Dragonfly qui consisterait à envoyer un rover en 2026 pour explorer la Lune, échantillonner des réservoirs d'eau et d'autres sites.

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