Des chercheurs ont mis au point une caméra qui fonctionne sans batterie pour explorer les océans, découvrir de nouvelles espèces marines, et surveiller le changement climatique et la pollution. Conçue pour être ultra-basse consommation, elle utilise un signal sonore émis par une station de base pour s’alimenter et transmettre les données.

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Malgré toutes les évolutions technologiques, nos connaissances des océans restent encore très limitées. Pour pouvoir étudier les fonds marins, les chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), aux États-Unis, ont réussi à créer une caméra sous-marine autonome, qui fonctionne entièrement sans pile et communique sans fil, sans émettre d'ondes. Ils ont détaillé leur invention dans la revue Nature Communications.

Pour alimenter la caméra, l'appareil utilise un transducteur, fabriqué avec des matériaux piézoélectriques, qui convertit des ondes sonoresondes sonores en électricité. Ces ondes sont transmises dans l'eau depuis une station de base. La puissance obtenue est de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de microwatts. Cette énergieénergie est stockée dans un supercondensateur jusqu'à atteindre le seuil nécessaire pour prendre ou transmettre des photos.

Schéma du fonctionnement de la caméra sans pile, et un exemple de photos prises avec chacune des diodes de couleur pour créer une image en couleur. © <em>Massachusetts Institute of Technology</em>
Schéma du fonctionnement de la caméra sans pile, et un exemple de photos prises avec chacune des diodes de couleur pour créer une image en couleur. © Massachusetts Institute of Technology

Une consommation extrêmement faible

Avec une telle alimentation, l'appareil photo doit nécessairement avoir une consommation très faible. Afin d'y parvenir, les chercheurs ont opté pour un capteurcapteur monochrome ultra-basse consommation issu du commerce (Himax HM01B0). Pour obtenir des images en couleurcouleur, l'appareil est équipé de trois diodes LEDLED : une rouge, une bleue et une verte. La caméra prend ensuite trois photos, une avec chaque couleur d'éclairage. Elles sont ensuite combinées pour former une seule image en couleur.

Pour transmettre les photos, les chercheurs n'ont pas pu utiliser un système de communication sous l'eau existant. Ceux-ci utilisent au minimum 50 à 100 milliwatts, soit un millier de fois la puissance récoltée par les transducteurs. Ils ont réduit la consommation à quelques nanowatts en utilisant une technique qui n'émet aucun signal : la rétrodiffusion (ou backscattering). Avec cette méthode, ils sont parvenus à transmettre des données sur 40 mètres sans fil et sans émissionsémissions depuis la caméra.

Un prototype placé dans un étang (a), avec une photo de la pollution avec une bouteille en plastique (b), une photo d’une étoile de mer <em>Protoreaster linckii</em> (c), et la croissance d’une <em>Aponogeton ulvaceus</em>. © <em>Massachusetts Institute of Technology</em>
Un prototype placé dans un étang (a), avec une photo de la pollution avec une bouteille en plastique (b), une photo d’une étoile de mer Protoreaster linckii (c), et la croissance d’une Aponogeton ulvaceus. © Massachusetts Institute of Technology

Une transmission des images par rétrodiffusion

La rétrodiffusion s'appuie sur le signal sonore émis par la station de base qui alimente la caméra, dont une partie est naturellement réfléchie et revient à la source, comme un radar. L'appareil modifie le coefficient de réflexion du transducteur piézoélectrique grâce à deux transistors. La station de base est équipée d’un hydrophone (un microphone qui fonctionne sous l'eau) pour mesurer le retour du signal acoustique. Il détecte les variations induites par les changements dans le coefficient de réflexion, recevant ainsi un signal binaire. De cette manière, la caméra transmet les données à une vitessevitesse de quelques kilobits par seconde.

Pour les chercheurs, cette invention pourrait être utilisée dans de nombreux domaines, dont l'océanographie, la biologie marine, la climatologieclimatologie ou encore l'archéologie sous-marine. Ils espèrent ainsi observer la faunefaune et la flore dans les océans, et découvrir de nouvelles espècesespèces. La caméra pourrait aussi surveiller la pollution et des effets du changement climatique dans les océans.