Voile et Electronique : Christian Couderc

La première partie décrit les moyens de détecter la chute du barreur ou d'un équipier.

La deuxième partie décrit les actions d'alarme qui vont suivre immédiatement la détection.

La troisième partie décrit l'enchaînement des actions qui vont tenter d'arrêter le bateau, par action sur la barre, par utilisation de moyens rustiques ou d'un système expert.

La dernière partie, dans une page séparée, décrit les dispositifs annexes pouvant être largués ou mis en œuvre pour aider le naufragé.

Une note complémentaire décrit les préliminaires du brevet.

Ce projet est bien sûr avant tout destiné au solitaire sous pilote électrique, mais les cas d'un équipage et d'un pilote mécanique seront aussi pris en compte. Il peut donc être envisagé de l'appliquer à divers niveaux, du simple détecteur à klaxon pour un équipage familial en croisière, au système complet intégré dans les dispositifs d'alerte et de localisation pour les grandes courses au large en solitaire.

Les systèmes à antenne n'ont strictement rien à voir à cela, ils n'ont pas cette notion de surface, mais trop simplement une perte de liaison radio à une distance aléatoire de quelques dizaines de mètres de l'antenne centrale.
Le défaut majeur des autres systèmes d'antenne en champ libre, outre le fait que le déclenchement sera plus tardif et erratique, est de n'offrir aucune protection pour les petits enfants passant par-dessus bord au mouillage.
Le système n'est sensible qu'à la distance, le contact se perd en cas d'éloignement à une distance extrêmement variable suivant les conditions.

La perte de champ par éloignement est toutefois le seul système possible sur un bateau métallique qui fait cage de Faraday, en utilisant une antenne externe sur le balcon.

Ces gadgets à perte de liaison radio et antennes existent depuis très longtemps sous forme de balises actives avec batterie rechargeable, sur le marché US. Aucun n'a eu le moindre succès commercial.
Il existe une autre variante, constituée par un gros boîtier émetteur qui permettrait au skipper tombé à la mer, s'il est encore conscient et en vue du bateau, de télécommander à distance son pilote pour tenter de ramener le bateau vers lui. Pas de commentaire sur cette approche ludique.

Au moment de la première publication de ces pages (1999) il n'existait aucun produit connu pour avoir déjà sauvé une vie en détectant une chute.
Après la publication de cette page, c'est la redécouverte de l'eau tiède et divers matériels sortent comme je les avais décrits, tous avec les défauts liés à ce mauvais système, je ne suis en aucune manière impliqué dans ces produits. Le brevet ne couvre que les systèmes à boucle et non à antenne omnidirectionnelle.

L'électronique individuelle est contenue dans le petit boîtier étanche alimentée par un accumulateur. Je détaillerai ultérieurement le système original de charge et de mise en route. C'est un petit émetteur miniature, du type de ceux utilisés dans les porte-clefs de commande d'alarme radio automobile (attention, pas ceux à infrarouges !). Ces émetteurs sont codés très simplement (points de soudure entre des plots) et présentent un très grand nombre de combinaisons possibles.

Un boîtier émet sa séquence dans une trame à des périodes pseudo aléatoires. Il est raisonnable de ne pas dépasser quatre émetteurs simultanés. La période d'envoi des trames est de quelques secondes.
Le récepteur comporte un microcontrôleur qui surveille chaque boîtier.

Tous les détails, y compris les variantes avec tags passifs ont du être enlevés pour des problèmes de protection de brevets.

Dans le cas du système à antenne, les boîtiers comportent un petit accumulateur. Il faut donc les recharger. Quand le niveau de charge de l'accumulateur baisse, la trame émise change, et un petit haut-parleur sur le récepteur demande le retour de boîtier, à bas niveau au début, de plus en plus fort ensuite. Le boîtier doit alors être placé sur un support, la charge est pilotée et il n'est plus surveillé par le contrôleur. Il suffit d'en prendre un autre chargé.
Une led (en français del, diode électro-luminescente) sur chaque support de charge indique l'état.
Rouge, charge en cours, vert charge terminée, régime d'entretien, prêt à l'emploi.
Un autotest est effectué lors de la mise en charge, avec une séquence sur les leds.

Les boîtiers doivent être étanches à l'immersion, ils sont donc constitués de deux demi-coques collées. L'électronique est noyée dans la résine.
La mise en place de deux plots métalliques de contacts pour la charge est délicate pour conserver l'étanchéité.
J'ai testé avec succès une charge sans contacts, basée sur le principe des demi-transformateurs. Un bout de barreau ferrite excité en moyenne fréquence par une bobine est placé dans le support de charge. Un barreau identique dans le boîtier sert de récepteur d'énergie.
Une alternative à l'accumulateur Li-Ion existe, c'est la "SuperCap", qui à l'avantage de pouvoir être vidée sans problème mais qui offre une autonomie plus faible et un encombrement plus grand.

Il n'y a aucun interrupteur sur les boîtiers pour optimiser la fiabilité. Le courant de charge sur le support éteint le boîtier.
Pour éviter une décharge quand les batteries sont coupées hors navigation, un petit fil, protégé au départ du positif de la batterie principale par un fusible, maintient un très faible courant d'entretien dans les boîtiers, ceux ci sont donc toujours chargés (par induction, sans contact !).
Cette consommation permanente est de l'ordre de quelques mA, très inférieure aux pertes d'autodécharge de la batterie.
Une première version utilisait un ILS (interrupteur à lames souples) ouvert par un aimant sur le support, mais cette solution a été abandonnée. Elle présentait deux problèmes :
° Ouvertures intempestives au choc.
° Perturbation des compas à cause des aimants (le haut-parleur utilisé dans le récepteur est blindé et éloigné et ne perturbe pas).

Ce petit courant de charge permanent, lorsque le boîtier est rangé sur son support, bloque l'émission, c'est le seul moyen de l'arrêter car il n'y a aucun interrupteur pour augmenter le fiabilité du système.

Ce problème de fiabilité doit être une obsession lors de toute installation d'un système à bord du voilier. Il ne sert à rien de construire une électronique très sophistiquée, pilotée par un programme extraordinaire, si le jour où elle doit servir, une obscure histoire de mauvais contact ou un "memory overflow" plante la merveille. Il vaut mieux rester dans le rustique, et n'introduire un gadget technologique que s'il a une chance de ne pas vous lâcher quand vous larguerez les amarres.
Je connais bien le sujet, j'ai gagné ma vie pendant 10 ans car ce principe n'était pas respecté, en dépannant dans les mers lointaines, les bateaux de course, de pêche et de commerce, bourrés d'équipements hi-tech et très chers, toujours en panne...

Dans tous les cas, le contact perdu avec un boîtier génère une alarme immédiate.
Le haut-parleur du récepteur est activé, une sortie de relais statique peut alimenter un Klaxon supplémentaire.
Le pilote automatique passe immédiatement en barre toute. Le courant est très fort pendant la mise en position de la barre, puis se réduit automatiquement pour éviter de griller le moteur, par l'ouverture d'un fusible statique temporisé lent (ou d'un switch de fin de course) en parallèle sur une résistance de limitation.
La modification des divers pilotes est toujours facile, il suffit de rajouter un fil dans la prise.
Le plus fiable est de rajouter un relais deux circuits, qui alimentera directement le moteur sans passer par aucune électronique intermédiaire. Les autres dispositifs (déséquilibre du signal d'entrée) sont moins sûrs.

Une clef (comme sur les alarmes de voiture) permet de contrôler le dispositif :

Clef position 1, Klaxon seul, pas de commande pilote pour la navigation en équipage.

Clef position 2, alarme complète. Un bouton poussoir sur le récepteur permet de faire un test (du Klaxon + du pilote s'il est activé), en simulant une perte de code.

Le barreur vient de tomber à la mer, il était seul à bord, la météo est dure, il fait nuit, le bateau tourne en rond en dérivant, ralentissant beaucoup quand les voiles sont à contre, mais accélérant brutalement quand les voiles portent.
Il est très difficile de remonter à bord, mais il n'y a aucun système élémentaire meilleur pour arrêter le bateau que barre bloquée, à fond pour bénéficier de l'effet de frein par traînée.
Nous évoquerons un système expert qui fait beaucoup mieux mais avec des moyens plus complexes.

Le système peut détecter la chute à la mer d'un petit enfant, Klaxon et pilote commandés (ce n'est pas gênant, le pilote est coupé).

Une sortie supplémentaire est activée. Les divers dispositifs annexes, décrits page suivante, sont commandés. Ces dispositifs demandent une réalisation pratique plus délicate pour assurer une bonne fiabilité.

Bien d'autres dispositifs peuvent être rajoutés, reste à savoir si une augmentation exponentielle de la complexité, amènera un gain sensible de la sécurité. Chaque périphérique augmentera les coûts et rendra la maintenance complexe, un compromis délicat est à trouver.

Il faut trouver mieux que la barre toute pour arrêter le bateau en solitaire après la détection. Il faudrait manœuvrer comme le ferait un équipage, mais ne rêvons pas, la seule chose que pourra faire un automate est de changer l'angle de barre, si nécessaire larguer l'écoute de grand voile, c'est déjà beaucoup. Le but à atteindre est de mettre en panne, en supposant toutefois que le bateau était réglé au près lors du déclenchement. Si le bateau était sous spinnaker, cela se passera très mal… Un automate simple ne sait pas faire cela. Il faut implanter un noyau de système expert. Le système expert analyse une situation et rend un verdict sous forme d'une action à un moment donné. Pour analyser la situation, il doit connaître son environnement à tout instant :

L'angle de barre

La vitesse au loch ou via un accéléromètre à centrale à inertie statique

La direction du vent apparent

La vitesse du vent apparent

L'angle de gîte

Le régime moteur (il est fréquent d'être au moteur en Méditerranée entre deux coups de vents...)

Le plus simple pour connaître ces paramètres est d'avoir un bus normalisé, le NMEA 183 est parfait et simple à exploiter, parfaitement documenté. Le Seatalk a le grave défaut d'être un format propriétaire exotique non documenté et demande une conversion pénible.

Au moment de la chute, ces paramètres serviront pour la décision de retour et d'arrêt sur zone.
Je ne veux pas développer ici le noyau qui représente beaucoup de milliers de lignes de code, mais je suis prêt à approfondir le sujet avec d'autres spécialistes en privé.

C'est une bien meilleure solution que barre toute mais beaucoup plus complexe, donc quand vous lirez"le pilote pousse la barre à fond", vous compléterez mentalement"ou agit sur la barre avec intelligence…".

Cette page évoque surtout la détection, c'est pour cela que je n'ai pas insisté sur ce problème.

Un chapitre séparé en annexes, parlera des difficultés rencontrées pour concevoir un système expert.

Quelques réponses en vrac aux questions que vous vous posez en lisant ce texte.

Peut-on utiliser plus de quatre boîtiers simultanés avec un équipage nombreux ?

Un plus grand nombre d'émetteurs augmente le risque de collisions de trames avec écrasement, donc la période d'envoi d'identification, donc provoque un retard d'alarme.
Au-delà de quatre, il pourrait se passer plus de cinq secondes avant de détecter l'alarme. Il faudra donc éviter d'en avoir plus en service. Ceux qui sont en charge ne comptent pas, ils sont éteints.

L'autonomie est faible pour diminuer le poids, il faut recharger, toutes les quelques heures avec les boîtiers très miniaturisés. Ceux un peu plus gros ont des autonomies de 24h. Il faut impérativement interdire aux petits enfants de quitter la cabine la nuit sans surveillance, ce n'est donc pas utile.

Le système de charge sans contact est-il le même que ceux utilisés pour les brosses à dents électriques et les séchoirs étanches pour bébé ?

Oui et non. Sur le principe oui, bobine inductrice sur le support, bobine induite dans la partie mobile.
Sur la réalisation non, notre électricité nucléaire étant vendue très peu chère, les fabricants ne se préoccupent pas du rendement qui est très mauvais (touchez le support, il est chaud), le système est en 50 Hz.
A bord l'énergie est économisée, et le poids du boîtier réduit, la fréquence est plus élevée et le rendement bien meilleur.

Peut-on améliorer la facilité de chargement en jetant en vrac les boîtiers dans un panier de charge ?

Non, il serait impossible d'identifier individuellement les boîtiers et de contrôler leur charge.
Il est impératif d'avoir un support avec leds par boîtier.

Non, un petit système qui se déclencherait au contact de l'eau de mer ou par poussoir n'a pas assez de fiabilité.
La liaison peut être perdue par commande tardive hors de portée ou simple panne. En contrepartie, les dispositifs classiques sont indispensables pour se faire repérer par les moyens de secours, si le bateau n'est plus en vue, mais ce n'est pas le propos de cette page. Ces moyens doivent être disposés dans des poches fixées au gilet du barreur. Ils comprennent, une lampe, un stroboscope, des fusées, l'idéal étant de rajouter une balise radio individuelle.

Il faut lofer pour arrêter le bateau et pas abattre !
De nombreux courriels m'ont demandé pourquoi j'insistais tant sur le fait de pousser la barre à fond ce qui est une mauvaise solution. C'est vrai mais c'est la moins mauvaise des solutions simples associée au largage de l'écoute de voile. J'ai souvent testé sur divers bateaux par tous les temps ces systèmes, le bateau a une trajectoire aberrante. Bien sûr, pour le premier demi-tour, mais cela suppose de connaître le bord initial. J'ai testé divers systèmes.

Le plus rustique est le vieux contacteur à mercure en verre récupéré sur un présentoir publicitaire à balancier (voir dessin du double contacts), le plus évolué est le clinomètre statique (et non inclinomètre comme écrit à tort), mais après le premier demi-tour, le problème reste identique. Il faut un système plus complexe, voir le système expert.

Contact Hg

Il ne sert pas à grand chose, à part faire rigoler les mouettes et tester le déclenchement au mouillage. Il a un petit intérêt, par mauvais temps de nuit, le naufragé perd le bateau de vue dans le creux des vagues, un son puissant est un repère et une petite aide psychologique.

Tel que décrit, le contrôle de la barre est adapté aux pilotes électriques. Il est adaptable à un pilote mécanique. J'avais adapté sur ma vieille girouette "Atoms" avec un petit moteur et un réducteur qui se substituait à la biellette de la pale aérienne et un compas électrique pour les traversées au moteur dans la calmasse. Le système était parfait et la consommation électrique dérisoire.

La consommation de toute l'électronique est inférieure à 100 mA hors alerte soit le dixième d'une petite ampoule navette d'éclairage. Elle est du même ordre de grandeur que celle des chacun des équipements classiques du bord (girouette, speedo, sondeur…).

Un champ alternatif n'a strictement aucune influence sur les phénomènes électrolytiques de corrosion et de déplacement de métaux baignant dans une solution conductrice.

Comment maintenir le navire face au vent, en larguant la GV ? GV larguée, le génois emportera le navire vent arrière, il ne sera plus contrôlable par le pilote. Oui, mais le système expert réagira immédiatement au vent arrière en empannant et en approchant à nouveau au mieux bout au vent, il maintiendra cet équilibre instable quelques dizaines de secondes si la mer n'est pas trop grosse puis il perdra l'équilibre et le bateau repartira pour un nouveau tour rapide. Il faudrait comparer avec soin les deux techniques GV larguée ou non et décider suivant l'environnement la décision à prendre.

La conception de ce noyau semble toujours triviale aux touristes, en pratique, elle demande des "années * ingénieurs" pour la finaliser.

Il faut modéliser le comportement de divers bateaux, à divers caps relatifs, pour divers réglages de voiles, pour divers états de la mer, pour diverses forces de vent.

Un système expert est un système informatique qui mime le raisonnement humain dans un domaine bien délimité

Ces données en mémoire constituent une partie de la base de connaissance, c'est la base des données statiques. Il faut ensuite créer la base de faits qui est la base temporaire, dans notre cas l'analyse de tous les capteurs. Il faut créer ensuite la base de règles.

Quel était le comportement du bateau avant l'alarme (et en déduira l'allure, les réglages et la voilure du moment)

Quel est le nouveau comportement après cette action ? (et bouclera sur le point précèdent)

La première action du système expert sera évidement de tenter de ramener le bateau sur l'emplacement présumé de la disparition, et ensuite, suivant les cas d'arrêter le moteur (en coupant l'arrivée de gazole par électrovanne) s'il était en marche, puis essayer au mieux de se maintenir sur la position à vitesse minimale.

Parmi les grosses difficultés rencontrées, un des points critiques est de connaître la vitesse du bateau. C'est trivial quand le bateau est en route à quelques nœuds, le speedomètre est parfait, mais quand le bateau est en équilibre bout au vent, ou à la cape, ou en train de culer, la vitesse oscille autour de zéro, il est très important de savoir par exemple si le bateau recule ou avance à quelques dixièmes de nœuds pour agir sur la barre. Aucun speedomètre (qui de toute manière ne peut pas indiquer le sens du déplacement) ni GPS différentiel, ni centrale à inertie solid state (à un prix acceptable), ne sait donner ce vecteur vitesse de quelques dixièmes de noeuds. Et ce n'est qu'un des problèmes parmi d'autres…

Je dis cela en réponse aux courriels reçus, souvent du style : "Ya ka...", "Fo kon...", les plus réalistes disent "Faudrait kon...", ceux qui lisent l'étranger dans le texte "Les ricains l'ont fait...".

Ce chapitre est destiné à répondre à ceux qui m'ont contacté pour se lancer dans leur propre réalisation et n'ont pas les idées très claires. Ce projet n'est pas insurmontable mais il faut d'abord décomposer le problème en étapes pour ne pas aller vers un échec certain. Vous ferrez tous vos essais sans dépasser le largue, le test destructeur vent arrière sous spi ne sera jamais envisagé.

Cette première partie n'a rien à voir avec le système expert, elle consiste à réaliser l'électronique de déclenchement de l'alarme. Un boîtier comme décrit précédemment contient l'électronique, un petit afficheur, un haut-parleur et un relais de sortie vers un klaxon. Il sera mis au point et testé en réel, en fiabilisant au maximum le système. Cette étape n'est pas très complexe, mais sa réussite conditionne toute la suite.

Le déclenchement étant au point, renvoyer la position de barre à l'alarme, l'afficher, envoyer un ordre simple (barre toute) au moteur.

Le brouillon de système expert agit sur la barre avec des règles élémentaires (c'est le tout début de la base des règles !). Le système expert tourne sur un PC externe, il est compilé à chaque modification, puis l'exécutable est téléchargé dans le calculateur. Vous avez mémorisé avant le déclenchement le bord sur lequel le bateau gîtait (mesure permanente), nous l'appellerons "bord initial". Passée la phase de retour sur position initiale, le système tente de stabiliser le bateau sur ce point.

Règle 1 : Si le bateau est à plat, je ne fais rien pendant 30 secondes

Règle 2 : A plat au bout de 30 secondes, j'envoie la barre à mi-course bord opposé

Règle 3 : Je détecte une gîte constante pendant 15 secondes, bord initial, idem 2 je contre, barre à mi-course bord initial opposé.

Règle 4 : Je détecte une gîte constante pendant 30 secondes, bord initial, je pousse progressivement barre à fond sur le même bord pour faire un cercle.

Règle 5 : Ces virements seront toujours pondérés en fonction de la position actuelle pour tenter de se maintenir au mieux sur la position de disparition.

Ces règles peuvent paraître farfelues. Il faut les mettre en place au début pour tester les étranges réactions, et commencer au près, force 3 maximum. Petit à petit des règles plus évoluées seront introduites et les comportements testés à d'autres allures et forces. Il faut utiliser un pc portable à bord et tester la base de règles au fur et à mesure après compilation, en les transférant via une liaison infrarouge au boîtier. Cette phase terminée, vous savez déjà bien ralentir le bateau.

Vois avez remarqué, je n'ai pas encore parlé de vitesse, de bateau qui cule, de barre à inverser… Nous y venons, maintenant. Il faut envoyer au calculateur les événements extérieurs, angle, force du vent, inclinaison vraie, vecteur vitesse (c'est plus dur près du zéro !). Jetez votre contacteur à mercure. Maintenant le calculateur sait lire l'environnement.

C'est la suite de l'étape 3, mais comme les informations sont beaucoup plus riches, la base de règles est à reprendre à zéro.

A faire en même temps que le déclenchement klaxon. Réaliser le dispositif électromécanique et le tester en tension indépendamment du calculateur.

Maintenant que l'écoute de GV est larguée, le comportement du bateau est très différent. Reprendre la base de règles de l'étape 5, il faut tout revoir, avec et sans GV.

Depuis le début, nous n'avons testé que départ au près, force 3.
Tester maintenant, bon plein puis largue. La base de règle évolue, vous avez maintenant une centaine de règles.

Votre base de règles commence à s'améliorer. Vous en avez toujours une centaine, mais bien plus subtiles. Vous savez réagir à toutes les allures sans spi. Votre système expert passe aux analyseurs de logique, vos règles s'affinent, vous avez maintenant seulement un maximum de 30 règles pointues, il barre comme un barreur moyen (qui n'a pas le droit de toucher les écoutes).

Remarque : Il est indispensable de réduire le nombre des règles ! Pour un guidage de missile de poursuite air-air, c'est facile à comprendre, il faut réagir à mieux que la milliseconde, mais vous allez dire que pour un bateau, la réaction est à plus d'une seconde, alors le système à bien le temps d'explorer une énorme base de règles. C'est faux. La base est toujours balayée dans l'ordre des priorités, disons de la première à la dernière. Plus vous augmentez le nombre, plus le temps de réflexion augmente, plus vous créez de contradictions. Quand le nombre de règles augmente la logique floue (fuzzy logic) ne fonctionne plus, deux règles contradictoires coincent la décision. S'il y en a trop, vous ne détecterez pas ces contradictions, la complexité augmente exponentiellement. Il faut donc passer la base aux outils de simulation qui détecteront ces conflits

Améliorez encore et intéressez-vous aux dispositifs annexes décrits en page suivante.

Ce système ne prétend en aucune manière être une panacée, mais un simple accessoire de sécurité qui pourrait donner une ultime petite chance à celui qui a vécu le drame affreux de la chute à la mer.
Il aura au moins le mérite de vous sensibiliser au problème de l'homme à la mer, même les plus grands tombent…

Ils sont très incomplet car très rares, tous vos liens sont les bienvenus. J'aimerai entrer en contact avec ceux qui ont eu connaissance ou testé de tels dispositifs.

Ces gadgets sont évoqués dans le chapitre en début de page. Ils n'ont rien à voir avec les systèmes à boucle. Je n'ai pas connaissance d'autres dispositifs que ceux cités, les essais effectués n'ayant jamais eu de suite.
Nke, télécommande sans fil : nke.fr
Waeco : Produit abandonné

Personne n'a jamais traité le cas, tous les dispositifs actuels ne savent qu'activer un klaxon. Entendre hurler un klaxon qui s'éloigne avec son bateau parfaitement réglé est d'un réconfort très moyen (et de courte durée) pour le solitaire tombé à la mer. Je publierai ultérieurement des informations plus détaillées et les détails sur le matériel gérant les actions tentant à arrêter le bateau au point de chute. Nke a tenté une action minimaliste.

Les balises de détresse ont sauvé de nombreuses vies, mais elles ne rentrent pas dans le cadre de cette page qui parle de détection de chute. Leur déclenchement est fait de manière volontaire par un naufragé conscient après l'accident, l'information est traitée à terre ce qui lance les secours. Les liens sur ces remarquables éléments de sécurité sont très nombreux.

Liens vérifiés le 18/09/02

Merci aux journalistes qui pillent sans vergogne mon site,
d’avoir au moins la courtoisie de citer leurs sources…

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Dernière retouche le 12 Octobre 2003 à 16 h