Pourquoi s’en donner la peine

Les ondes radio ne pénètrent pas l’eau. La WiFi s’arrête à moins d’un centimètre. Les communications satellite exigent une antenne en surface. Si vous voulez qu’un AUV vous parle depuis une profondeur de 10 mètres, vous avez essentiellement deux options : un câble (simple, lourd) ou l’acoustique (difficile, intéressant).

L’objectif de ces expériences était modeste — établir une liaison de données à sens unique entre un nœud sous-marin et la surface à moins de 5 mètres de profondeur, avec un débit suffisant pour une télémétrie basique. Pas de comms vocales militaires ; juste : « je suis à cette position, ma batterie est à X % ».

Le matériel

Deux transducteurs piézoélectriques de plomberie à ultrasons, récupérés d’appareils défectueux. Fréquence de résonance autour de 40 kHz. Couplés à un ESP32 des deux côtés, avec une bibliothèque de modulation faite maison qui génère et décode des signaux chirp linéaires (glissement de fréquence de 30 à 50 kHz sur 2 ms).

Le choix des chirps : ils sont relativement résistants au bruit de bande étroite et on peut les détecter par corrélation croisée même lorsque le signal est enfoui dans le bruit.

Premier essai : bassin de jardin

Résultats dans 80 cm d’eau statique : encourageants. Taux d’erreur binaire autour de 3 % à 30 cm de séparation. Le SNR s’effondre à 1,5 m — probablement des réflexions des parois du bassin créant des annulations destructives.

Leçons :

  • L’alignement des transducteurs est crucial. 15° d’écart réduit de moitié la puissance du signal.
  • La surface de l’eau cause d’énormes réflexions. La couche supérieure de 10 cm est pratiquement inutilisable.

Deuxième essai : port

Complètement différent. L’eau du port à 2 m de profondeur introduit : du bruit de moteur de bateau, des réflexions du fond (fond marneux, environ 5 m), des changements de température qui créent des couches de vitesse du son, et des moules qui semblent apprécier de se coller aux transducteurs.

Débit effectif : environ 50 bits/s à 2 m, dégradant jusqu’à rien à 5 m. Trop peu pour une vraie télémétrie, mais suffisant pour un signal de battiment de cœur — un paquet toutes les 5 secondes avec position et tension de batterie.

Conclusion

Les modems acoustiques DIY sont réalisables pour de courtes portées et des débits très faibles. Pour cette application (télémétrie d’AUV côtier à moins de 10 m), la prochaine itération va doubler la puissance des transducteurs et essayer la modulation par étalement de spectre pour combattre le multi-trajet. Ou acheter un modem acoustique commercial et arrêter de se faire du mal.

Les schémas du circuit et le code de modulation sont disponibles dans le dépôt.