Courantomètre FSI 3D-ACM

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1 Direction des Recherches Océaniques Département Environnement Profond Philippe Noël Mai R.INT.DRO/EP Courantomètre FSI 3D-ACM Rapport d'essai

2 Courantomètre FSI 3D-ACM Rapport d'essai

3 sommaire 1. Introduction 4 2. Principe de fonctionnement du courantomètre 5 3. Essais Essais du 30 et 31 janvier 2001 en laboratoire Essais au canal de courantométrie d'ifremer du 15 mars, et du 10 et 17 juillet 2001 _ Déroulement des essais Conclusion Calibrations et essais du 13, 17 et 18 septembre 2001 au canal de courantométrie d'ifremer Calibration Déroulement des essais Conclusion Calibration du 25 et 26 septembre Déroulement des essais Conclusion Annexe Mode opératoire pour la vérification et le changement des constantes de vitesse sur le courantomètre FSI Vérification des zéros des vitesses Calibration des vitesses Calcul des nouvelles valeurs de calibration Pour sauvegarder les nouvelles valeurs de calibration 13

4 4 1. Introduction Afin d'améliorer la qualité des mesures des courants faibles, des courantomètres statiques ont été développés pour s'affranchir des problèmes liés aux appareils mécaniques traditionnels. Leur arrivée sur le marché pour des utilisations par grande profondeur est récente. Le département DRO/EP a fait l'acquisition d'un tel appareil, développé par la société américaine FSI ( et commercialisé en France par la société ACTHYD (site acthyd@wanadoo.fr). Il a été livré le 1 décembre 2000 pour la somme de francs ( Euros). Le présent rapport résume les différents essais qui ont été réalisés en vue de sa première utilisation lors de la campagne BIOZAIRE2 en novembre et décembre 2001.

5 5 2. Principe de fonctionnement du courantomètre Site internet Ce courantomètre calcule la vitesse du courant par le calcul de la différence de temps de parcours entre l'aller et le retour de l'onde acoustique et cela entre les émetteursrécepteurs situés sur les extrémités des 4 doigts de l'instrument. Le calcul est fait sur quatre chemins acoustiques (AB, CD, EF et GH) mais seulement 3 sont retenus, le quatrième étant écarté car parasité par l'axe vertical du courantomètre. La distance et l'angle entre les capteurs sont très précisément connus. Il convient donc de manipuler l'appareil avec soin et de porter une attention particulière aux doigts. L'alimentation peut être assurée par un pack de piles alcalines (2.6 V minimum) ou lithium (6.8 V minimum). Le branchement est différent selon le type de piles: (+) pour piles alcalines = fil rouge (+) pour piles au lithium = fil bleu (-) neutre commun = noir 3. Essais 3.1. Essais du 30 et 31 janvier 2001 en laboratoire Série d'essais effectués avec le support technique d'actyd. Des essais sur bureau et au môle n'ont pas fourni de données significatives. Plusieurs fichiers n'ont qu'1 ou 2 lignes de données (entre le moment où le déploiement est reçu par l'appareil et le moment où le cordon d'alimentation est débranché). Il y avait un problème de branchement du pack de piles (option lithium/alcaline inversé sur la documentation) Essais au canal de courantométrie d'ifremer du 15 mars, et du 10 et 17 juillet Déroulement des essais Courantomètre fixé tête en haut sur le chariot du bassin d'essai. Chariot calibré peu de temps avant les essais de juillet qui donne donc des vitesses fiables. Le canal est orienté à 330 nord. La verticalité du courantomètre a été contrôlée pour les essais de juillet L'orientation relative du courantomètre n'a pas été vérifiée pour le 2 premiers essais. Le 17 juillet, le point situé sur la tape supérieure du container est orienté à 90 par rapport à l'axe du canal coté est. Les résultats sont détaillés tableau 1.

6 Essais 6 Moyenne des vitesses par périodes vitesse réelle Vitesse couranto différence direction /nord cm/s 15-mars 10-juil 17-juil 15-mars 10-juil 17-juil Vitesses moins bonnes le que le 10 juillet Moyenne des directions pour chaque vitesse du chariot direction réelle direction couranto différence cm/s d /nord 15-mars 10-juil 17-juil 15-mars 10-juil 17-juil Direction fluctuante le 10, encore moins bonne le et le 15 mars Moyenne des tilts pour chaque vitesse du chariot tilt réel tilt couranto différence direction /nord Inclinaison Tilts corrects Moyenne des vitesses verticales pour chaque vitesse du chariot V verticale réelle V verticale couranto différence direction /nord vitesse verticale 15-mars 10-juil 17-juil 15-mars 10-juil 17-juil Vitesses verticales trop élevées le 10 et le et surtout le 15 mars Tableau 1: tableaux des différences entre les valeurs attendues et les valeurs enregistrées par le courantomètre durant les essais du 15 mars, du 10 et du 17 juillet Conclusion mauvais résultats pour les vitesses horizontales et verticales mauvais résultats pour les directions écarts irréguliers d'un essai à l'autre bons résultats dans les angles de tilt

7 Essais Calibrations et essais du 13, 17 et 18 septembre 2001 au canal de courantométrie d'ifremer Calibration Un échange de mail avec Mr Beede et Mr Fougere (de la société FSI) nous a incités à refaire des essais en modifiant les zéros pour les adapter aux éventuels effets de réverbération acoustique dans le canal. Le 13 septembre: le courantomètre est immergé dans un bac d'aquaculture pour tester la procédure de modification. L'essai a réussi. Le 17 septembre: le courantomètre est immergé dans le canal et laissé 1 heure le temps que l'eau se repose. Un réglage de zéros (voir en annexe "procédure et réglage des zéros") est effectué après lecture des valeurs des vitesses sur les chemins entre les quatre capteurs (path velocities) AB, CD, en direct par la fenêtre de communication. Après ajustement des constantes de calibration, (ABOF, CDOF, ) les valeurs AB, CD, sont devenues correctes (< 0.1). Les résultats sont détaillés tableau 2. Path velocities AB CD EF GH Valeurs lues en direct courantomètre immergé dans le canal avec eau reposée moyenne valeurs constantes couranto (d'usine) ABOF CDOF EFOF GHOF nouvelles valeurs calculées (selon le mode opératoire de modification des zéros) ABOF CDOF EFOF GHOF Path velocities AB CD EF GH Résultats obtenus par lecture directe au repos Tableau 2: Valeurs et résultats pour le réglage des zéros au canal le 17/9/ Déroulement des essais Le 17 septembre: deux séries d'essais en dynamique sur le chariot sont effectuées. Le courantomètre est installé en avant du support lorsqu'il se dirige vers le 150 (vers coté sud du canal). Les valeurs de vitesses sont surévaluées au retour (au 330 ) avec cette configuration.

8 Essais 8 Le 18 septembre: à l'inverse du 17/9/01, départ du chariot avec le courantomètre en avant du support lorsqu'il se dirige vers le 330 (vers le coté nord du canal). Les valeurs sont surévaluées au 330 (vers le coté sud du canal). La position du courantomètre par rapport au support du chariot était donc la cause de ces différences (tableau 3). Ces essais ont montré que les mesures étaient correctes pour des vitesses inférieures à 30 cm/s, l'appareil ayant été "déréglé" pour s'adapter aux conditions acoustiques du canal. 18 septembre septembre 2001 essai1 essai2 essai1 essai2 moyenne de moyenne de Vitesses chariot ( VX + VY ) ( VX + VY + VZ ) Différence Différence 2cm/s 330 vers cm/s 150 vers cm/s 150 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 150 vers cm/s 150 vers cm/s 150 vers cm/s 150 vers cm/s150 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 150 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers cm/s 330 vers Le couranto est sur l'avant du support quand celui-ci va au 150 bilan: vers le 150, les valeurs sont correctes; dans l'autre sens, il y a toujours majoration des vitesses. Il pourrait y avoir perturbation du chassis et la mesure du chariot au retour est moins précise Démarrage du coté sud du bassin (vers le 330 ) et support retourné (couranto en avant du support) Bilan: la majoration des vitesses est vers le 150 ce qui prouverait que le support est la cause des mauvaises mesures quand le couranto est en arrière du support par rapport au sens d'avancement. tous les essais sont vers le 150 et couranto en avant du support. Bilan: les résultats sont corrects surtout pour les vitesses <30 cm/s. Peut-être cela est-il dû aux perturbations dans le bassin après le premier passage Tableau 3: résultats des 4 séries d'essais sur chariot les 17 et 18 septembre après ajustement des constantes de calibration pour le canal Conclusion Meilleurs résultats après ajustement des zéros. Le courantomètre doit être en avant du châssis du chariot pendant les essais et mauvaises mesures au dessus de 30 cm/s

9 Essais Calibration du 25 et 26 septembre Déroulement des essais Lors des essais des 17 et 18 septembre, les zéros de l'appareil ont été ajustés pour s'adapter aux conditions du canal. La longueur d'onde de l'appareil est de 3 mètres pour une utilisation en pleine eau c'est à dire sans parois alentour. Bob Deede (société FSI) préconise donc un bassin d'au moins 6 mètres de large sur 4 mètres de profondeur pour ajuster les zéros aux conditions de l'océan. Une nouvelle calibration est donc décidée dans le grand bassin d'essai de l'ifremer pour refaire les zéros. Le courantomètre se trouve à respectivement 6m, 4m et 8m (de la face sud) des bords du bassin. Il est immergé à 3.5m de profondeur dans le bassin de 10m. Le bassin peut être considéré comme infini au regard du fonctionnement de l'appareil. Une première calibration a été tentée le 25 septembre mais des mouvements d'eau dans le bassin nous ont amené à reporter l'opération au lendemain. Les résultats obtenus à partir des nouvelles valeurs sont bonnes (tableau 4), quoique peu différentes des valeurs obtenues avec la calibration du 17 septembre 2001 dans le canal. (Path vélocities) AB CD EF GH moyenne valeurs constantes couranto préalables ABOF CDOF EFOF GHOF nouvelles valeurs calculées (selon le mode opératoire de modification des zéros) ABOF CDOF EFOF GHOF (Path vélocities) AB CD EF GH Résultats obtenus moyenne Tableau 4: nouvelles valeurs des constantes de calibration des vitesses pour une utilisation à la mer courantomètre.

10 Essais Conclusion Après ce réajustement, on peut considérer que le courantomètre est prêt pour fonctionner correctement en mer à condition que les courants soient de vitesse inférieure à 30 cm/s.

11 11 4. Annexe 4.1. Mode opératoire pour la vérification et le changement des constantes de vitesse sur le courantomètre FSI But: définition et réajustement des valeurs de vitesse sur les chemins entre les quatre capteurs (path velocities) AB, CD, EF, GH par lecture de celles-ci en eau au repos Vérification des zéros des vitesses Immerger l'appareil dans un bassin de taille supérieure à 3 mètres de diamètre et profond avec le câble de lecture en direct branché (noter que le pack de batterie n'est pas nécessairement à brancher). L'eau doit y être impérativement immobile. Ouvrir le logiciel 3Dacm97 faire Configure /Check-Instrument pour activer la communication faire Configure/Configure-Instrument. Dans la fenêtre Configure ACM : -dans l onglet Compass, décocher Use compass in velocity calculation -dans l onglet Average, décocher toutes les possibilités -dans l onglet Parametres, cocher uniquement les rubriques X Vélocity, Y Vélocity Z Vélocity, North Vélocity East Vélocity Up Vélocity Sound Vélocity. Pour lire les données en direct sur le PC, faire Communications/Communications Window Dans le menu déroulant en bas de fenêtre sélectionner ***O cliquer dans la fenêtre faire Enter. OPEN MODE s affiche. De la même manière sélectionner ***R. 4 lignes apparaissent à l'écran. A partir de ce moment, chaque Enter affichera une série de données dont les 4 premières sont AB, CD, EF et GH. Noter sur un papier une dizaine de valeurs de chaque vitesse et en faire la moyenne. Ces moyennes doivent être proches de zéro (+ ou 0.2 à 0.5 cm/s). Si ces valeurs (ou certaines d entre elles) sont supérieures, il est nécessaire de refaire une calibration ou de vérifier que l'eau du bassin est bien au repos.

12 Annexe Calibration des vitesses Le principe consiste à corriger les valeurs des constantes de calibration ABOF, BCOF, (offsets) de manière à minimiser les valeurs des Path velocities de AB, CD, EF, GH affichées par l'appareil. Pour lire les constantes de calibration de l appareil faire Communications/Communications Window. Dans le menu déroulant en bas de fenêtre sélectionner ***O cliquer dans la fenêtre faire Enter. OPEN MODE s affiche De la même manière, sélectionner ***RCAL. Toutes les constantes de calibration s affichent. Les valeurs qui correspondent aux vitesses AB, CD, EF et GH sont inscrites sous les lettres ABOF, CDOF, EFOF et GHOF Calcul des nouvelles valeurs de calibration Le calcul consiste à ajouter à l ancienne valeur de calibration l'opposé de la moyenne des valeurs lues en direct. Exemple : (dans cet exemple, seule la valeur de ABOF est à modifier) si ABOF=+1.05 et que la moyenne des valeurs lues est AB=+3.45, la nouvelle valeur de ABOF sera (-3.45)= Pour entrer ces nouvelles valeurs, faire Communications/Communications Window Dans le menu déroulant en bas de fenêtre sélectionner ***O cliquer dans la fenêtre faire Enter OPEN MODE s affiche De la même manière sélectionner ***RCAL. Ecrire dans la fenêtre, aux bas des valeurs, ABOF=-2.4. Faire ***E puis Enter. La nouvelle valeur de calibration est enregistrée.

13 Annexe Pour sauvegarder les nouvelles valeurs de calibration Faire Check-Instrument/Help/Check-Constants Une fenêtre affiche toutes les valeurs de constantes de l'appareil. Cliquer sur OK, et le logiciel vous propose la procédure classique de sauvegarde de fichier (*.CAL).