Une unité de référence verticale (VRU) mesure le tangage et le roulis (mouvements angulaires autour des axes latéral et longitudinal du navire) par rapport à la verticale réelle. Elle joue un rôle essentiel dans les opérations maritimes et offshore modernes en fournissant des mesures précises de l'orientation d'un navire. Dans les environnements dynamiques comme la haute mer, où les navires sont constamment en mouvement en raison des vagues, du vent et du courant, des données de référence verticale précises sont essentielles pour le contrôle de la stabilité, la compensation de mouvement et l'intégrité du système de navigation.
La VRU agit comme un composant fondamental dans un large éventail de systèmes maritimes, y compris le positionnement dynamique (DP), les levés hydrographiques, les véhicules télécommandés (ROV) et les opérations de grue offshore.
Une VRU se compose généralement d'accéléromètres et de gyroscopes à trois axes intégrés dans une unité de mesure inertielle (IMU). En combinant les données d'accélération et de vitesse angulaire, la VRU calcule l'attitude du navire (plus précisément, les angles de roulis et de tangage) par rapport à la verticale locale. Ces mesures sont utilisées pour corriger le positionnement, les relevés de capteurs et les signaux de commande. Par exemple, dans les levés hydrographiques, un échosondeur monté sur un navire en mouvement doit tenir compte des mouvements de tangage et de roulis pour mesurer avec précision la profondeur du fond marin. Sans les données de la VRU, ces mesures seraient déformées par le mouvement du navire.
Les nombreuses utilisations des unités de référence verticale
Dans les systèmes de positionnement dynamique, les VRU sont indispensables. Les systèmes DP s'appuient sur un réseau de capteurs pour maintenir automatiquement la position et le cap d'un navire à l'aide de propulseurs. La VRU envoie des données de tangage et de roulis en temps réel au système de commande. Le système de commande utilise ces données pour corriger le mouvement du navire. Il aide le navire à maintenir une position stable malgré les vagues, le vent ou le courant. Cette fonction est essentielle à proximité des plates-formes pétrolières, des parcs éoliens et pendant les tâches sous-marines. Même de petits mouvements dans ces zones peuvent entraîner des risques graves. Des données de référence verticale précises garantissent que le système DP réagit correctement pour maintenir l'équilibre et le positionnement.
Les ROV et les véhicules sous-marins autonomes (AUV) bénéficient également de l'utilisation de VRU. Ces véhicules effectuent souvent des tâches telles que l'inspection des pipelines, la cartographie sous-marine ou les réparations en profondeur, où le GNSS n'est pas disponible. Les VRU fournissent des informations d'orientation essentielles qui aident à contrôler la navigation à bord et les systèmes de stabilisation. Combinées aux systèmes de navigation inertielle (INS) et aux Doppler velocity logs (DVL), les VRU permettent à ces plates-formes sous-marines de fonctionner efficacement dans les environnements où le GNSS est inaccessible.
Les grues et les passerelles offshore dépendent également fortement des informations de référence verticale. Dans la construction offshore, les grues doivent fonctionner en toute sécurité et avec précision, même lorsqu'elles sont montées sur des plates-formes mobiles. Une VRU aide le système de commande à comprendre comment le roulis et le tangage du navire affectent la position de la grue, ce qui permet une compensation de mouvement en temps réel. Cela garantit une manutention sûre des charges et minimise le risque de balancement ou de mouvement incontrôlé. De même, les passerelles à compensation de mouvement utilisées pour transférer le personnel entre les navires et les plates-formes utilisent les données de la VRU pour maintenir une passerelle stable malgré les mouvements du navire.
Compensation précise du mouvement marin et offshore
La précision et la fiabilité d'une VRU dépendent de la qualité de ses capteurs inertiels et de ses algorithmes de filtrage internes. Les VRU haute performance utilisent des gyroscopes et des accéléromètres MEMS (systèmes micro-électro-mécaniques) de qualité tactique avec une compensation de température précise et un étalonnage en usine. Les techniques de filtrage de Kalman avancées fusionnent les données brutes des capteurs pour minimiser la dérive et le bruit, assurant ainsi des sorties stables même dans des états de mer difficiles. De nombreuses VRU intègrent également des récepteurs GNSS ou acceptent les entrées GNSS pour améliorer encore la précision et la stabilité de l'orientation.
L'étalonnage et l'installation sont essentiels pour des performances optimales de la VRU. Les intégrateurs maritimes doivent monter l'unité en toute sécurité près du centre de rotation du navire. Cette position aide à réduire les erreurs de déplacement angulaire. Un alignement correct avec le système de coordonnées du navire est également essentiel pour assurer une interprétation précise des données. Des contrôles réguliers de maintenance et d'étalonnage aident à maintenir les performances et la fiabilité à long terme, en particulier pour les applications exigeant des résultats de haute précision.
À mesure que les opérations maritimes deviennent plus automatisées et axées sur la sécurité, la demande de VRU compactes, robustes et très précises continue de croître. Les VRU modernes sont conçues pour être faciles à intégrer aux systèmes de navigation, aux équipements sonar, aux pilotes automatiques et aux unités de référence de mouvement (MRU). Leurs conceptions légères et étanches sont idéales pour les installations sur de petites plates-formes sans pilote, y compris les navires de surface autonomes (ASV), qui dépendent de plus en plus de données de mouvement précises pour la navigation et le succès de la mission.
Les unités de référence verticale sont des éléments fondamentaux de la détection de mouvement marin et sont utilisées pour mesurer et analyser le mouvement dans l'eau. La VRU mesure avec précision le roulis et le tangage en temps réel. Elle permet un contrôle précis et améliore la sécurité opérationnelle. Elle assure également une collecte de données fiable. Les opérateurs l'utilisent dans le positionnement dynamique, l'hydrographie et les opérations de grue. Les systèmes sans pilote s'appuient également sur les VRU pour la stabilité et la précision. La VRU améliore l'efficacité et la sécurité dans des conditions marines difficiles. À mesure que les opérations offshore se développent, la demande de données de référence verticale augmente. Les progrès technologiques rendent les VRU encore plus essentielles en mer.