Par Klaus Semik, Ingénieur commercial IFC, SMC
Un trésor unique de données après le tour du monde à la voile.
Le tour du monde en 80 jours : c'est ce que le navigateur Boris Herrmann a réalisé début 2021 dans la plus dure des régates océaniques, le Vendée Globe. Défier tous les pronostics pour atteindre la ligne d'arrivée est un défi humain et matériel - jusqu'aux plus petites cellules et composants. La technologie précise et robuste du fournisseur de technologie marine SubCtech et du spécialiste de la pneumatique SMC a fourni des avantages environnementaux uniques : Pendant le tour du monde du "Seaexplorer - Yacht Club de Monaco" d'Herrmann, un laboratoire automatisé a recueilli, entre autres, de précieuses données sur le CO2 sur des routes maritimes jusque-là peu fréquentées. Et une autre réalisation : Le succès réside dans le composant.
Toutes sortes de conditions climatiques, de vent et de temps, plus de 45 000 kilomètres d'Atlantique et d'océan Austral à l'affût - et tout cela sans arrêt et complètement seul dans un voilier de haute mer : telles étaient les conditions de départ de la régate la plus difficile du monde, le Vendée Globe, fin 2020. L'événement a également captivé grâce à l'Allemand Boris Herrmann, qui a atteint le port de départ et d'arrivée des Sables-d'Olonne, en France, en janvier, après exactement 80 jours, 14 heures, 59 minutes et 45 secondes. Ce qui le place presque au même niveau que le héros du roman de Jules Verne. Si les fuseaux horaires ont failli empêcher Herrmann de réussir, c'est finalement une collision avec un chalutier de pêche qui l'a empêché de monter sur le podium. Néanmoins, aux côtés des fans de voile, les chercheurs sont également ravis : le vainqueur de la cinquième place a transmis de précieuses données sur le CO2 - enregistrées par le système OceanPack™ RACE de l'entreprise de technologie marine SubCtech GmbH, basée à Kiel, qui intègre des composants du spécialiste de l'automatisation et de la pneumatique SMC d'Egelsbach, près de Francfort-sur-le-Main.
Un trésor de données sur le CO2 provenant des océans du monde entier
Le laboratoire automatisé mesure en permanence la température, la conductivité, la salinité et la concentration en CO2 de l'eau. Il les envoie par satellite à une base de données, qui est exploitée notamment par l'Institut Max Planck de météorologie de Hambourg et le Geomar Helmholtz Centre for Ocean Research de Kiel.
Les données de mesure du CO2 sont particulièrement difficiles à obtenir : des données ont été capturées dans la région marine et sur les principales routes commerciales, mais d'énormes zones blanches subsistent, notamment dans les océans du sud. Selon M. Herrmann, le système de mesure est donc d'une "grande utilité" pour la science. De plus, il ne l'a nullement gêné pendant le voyage, grâce à son fonctionnement automatisé. Par ailleurs, pour que son voyage à la voile soit neutre en CO2, son yacht est alimenté en énergie par des panneaux photovoltaïques et des hydrogénérateurs (turbines à l'arrière) pour les phases de mauvais temps.
OceanPack™ CUBE, instrument robuste et convivial pour les observations environnementales scientifiques dans un format compact de 19 pouces. (Source : SubCtech)
OceanPack™ RACE avec panneau de contrôle externe pour une collecte innovante de données climatiques à l'interface entre l'océan et l'atmosphère. (Source : SubCtech)
Les spécialistes de la marine rencontrent les professionnels de la pneumatique
Pour la première fois, il a été possible "de collecter en permanence des données tout au long du voyage - et tout autour du monde", confirme Jana Fahning, chef de produit SubCtech. Fondée par le PDG Stefan Marx, l'entreprise fournit le laboratoire de mesure appelé OceanPack™ RACE. Ce qui le rend si unique, c'est que, contrairement aux systèmes lourds et volumineux destinés aux navires de recherche, les instruments de ce dispositif de SubCtech sont optimisés pour les yachts de course. La fibre de carbone a permis de réduire le poids de près de moitié, et le système a également été rendu plus compact et plus robuste. En outre, la technologie optimisée a permis de réduire considérablement la consommation d'énergie. En bref, tous les composants essentiels pour des mesures de qualité ont été réalisés avec le système OceanPack™ RACE.
SubCtech a surtout gardé à l'esprit les exigences scientifiques. Tous les capteurs répondent aux exigences élevées imposées par la recherche - et tous les composants répondent également aux exigences d'utilisation dans des environnements défavorables. Et cela est indispensable en haute mer, car les grandes machines et les plus petits composants sont exposés à d'énormes vibrations et doivent résister à des variations de température extrêmes. Les températures extérieures varient de -5 à 35° Celsius. Même les petits composants élémentaires - comme ceux de SMC pour l'analyseur de CO2 utilisé pour calibrer les voies d'analyse - répondent aux exigences élevées en matière de flexibilité, d'efficacité énergétique et de durabilité. La société est fière d'avoir fourni des composants fiables pour un projet de recherche aussi important et d'avoir pu résister aux conditions extrêmement difficiles de la haute mer.
Le succès réside (aussi) dans le plus petit composant
En effet, les solutions de haute technologie ne se trouvent pas seulement sur la surface immédiatement visible du voilier haute performance, mais aussi dans les plus petits composants de la technologie d'analyse de l'OceanPack™ RACE : les composants SMC pour la mesure du CO2 vont des électrovannes (LVM205RY-6A-6-Q) aux filtres de ligne pour les applications d'air comprimé/vide (ZFC53-X15) et aux clapets anti-retour (AS1211F-M5-04A) en passant par les solutions de connexion (connecteur Schott KQ2D, coupleur S KK2S/P-04L). Celles-ci sont basées sur des composants standard qui sont toutefois généralement utilisés avec succès dans des industries à haute performance telles que l'automobile ou la technologie médicale.
Dans le cas de l'analyseur de CO2 de l'OceanPack™ RACE sur le "Seaexplorer - Yacht Club de Monaco", le principe de base concerne une membrane semi-perméable, qui forme une barrière entre l'eau et le circuit d'analyse gazeuse. Le CO2 et d'autres gaz peuvent traverser cette membrane, mais pas l'eau. Comme la teneur en CO2 ne peut être mesurée directement dans l'eau, elle est mesurée derrière la membrane. Pour garantir l'obtention de données particulièrement précises, le capteur est étalonné quotidiennement. Alors que l'étrangleur SMC contrôle le débit de gaz pendant l'étalonnage (environ 0,5-1,0 l/min), le filtre a pour but de protéger la cellule de mesure contre les impuretés émanant du gaz. Alors que d'autres modèles doivent être dévissés pour changer le filtre, l'insert du filtre de ce modèle SMC peut être simplement changé à l'aide d'une fermeture à baïonnette. Les régulateurs de pression réduisent également la pression élevée de la bouteille de gaz d'environ 200/250 bars à une pression de travail de 0,5 bar.
Une mesure écologique avec des solutions économiques
Tous les composants doivent également être très efficaces en termes de fonctionnalité, de conception du boîtier et de consommation d'énergie. C'est le cas, par exemple, des vannes (ensemble de six pièces avec collecteur ou plaque de base à monter soi-même) pour la commutation de l'air ambiant et du gaz. Alors qu'une vanne standard consomme environ 2,5 watts, cette vanne à économie d'énergie ne nécessite que 0,6 watts en mode maintien. Un détail minuscule, mais qui contribue grandement à rendre le voilier aussi économe en énergie que possible. Elle a prouvé qu'elle pouvait fonctionner même dans des conditions difficiles telles que des températures changeantes et des charges d'impact élevées.
D'une part, les solutions proposées par SMC, un fournisseur de systèmes d'automatisation pneumatiques et électriques présent sur le marché allemand depuis 1978, montrent que le travail de recherche et de développement se reflète avec succès dans les plus petits composants. D'autre part, elles représentent une large gamme de composants extrêmement fiables pour un large éventail d'applications pneumatiques et d'automatisation.
Une course pour et autour de la planète
Avant même de franchir la ligne d'arrivée, M. Herrmann a confirmé que la qualité et la précision des données avaient été acceptées par les bases de données internationales avec les drapeaux de qualité les plus élevés. Les premiers résultats montrent en outre que la salinité des océans du monde fluctue : elle est faible à l'équateur, même dans l'océan Atlantique, qui présente normalement la salinité la plus élevée. Cela s'explique par la zone de convergence, où de nombreuses pluies diluent les eaux de surface. Au passage, un autre voilier, celui du Français Fabrice Amedeo, était équipé d'OceanPack™ RACE - et d'une unité supplémentaire de prélèvement de microplastiques - mais n'a pas atteint la ligne d'arrivée. L'après-course, c'est avant la course, affirme Herrmann, couronné de succès, en se projetant vers le prochain Vendée Globe et Ocean Race, qui débutera en septembre 2022. Et la prochaine fois, il sera à nouveau équipé de la technologie de mesure "Made in Germany". Herrmann espère en tout cas que son engagement renforcera l'effort pour limiter le réchauffement climatique. "C'est une course que nous pouvons et devons gagner".
Données de CO2 du Vendeé Globe 2020/2021 enregistrées par la course OceanPack sur le "Seaexplorer - Yacht Club de Monaco" par Boris Herrmann.
