EQUIPEMENT POUR SIMULATION EN MILIEU AQUATIQUE DE VOYAGE

DANS L'ESPACE

Domaine de l' invention

L' invention se rapporte à un système de simulation de voyages dans l'espace et plus précisément à un équipement de plongée pour la simulation en milieu aquatique de voyages dans l'espace ainsi qu'un logiciel de simulation assorti. Préambule

Dès que les vols dans l'espace ont été possibles, s'est posé rapidement le problème de l'entraînement des spationautes sur terre. Mis à part les vols paraboliques, où la force centrifuge compense les effets de la gravitation, une des techniques les plus utilisées pour simuler les conditions d'apesanteur sur terre consiste à immerger une personne portant une combinaison dans une très grande piscine. La poussée d'Archimède qui s'exerce sur le plongeur s'oppose à la force de gravité terrestre. Il est ainsi possible de recréer artificiellement une impression d'évoluer dans des conditions de microgravité.

Le problème est que ces systèmes, développés notamment pour l'entraînement de cosmonautes, requièrent la mise en branle de moyens hors du commun, notamment une infrastructure et un équipement coûteux, et par ailleurs la présence d'un nombreux personnel d'accompagnement, de contrôle médical et d'entretien.

A ce jour, il n'existe aucun dispositif ou équipement permettant de simuler les conditions de travail « dans l'espace » réaliste qui soit vraiment à la portée de toutes les bourses, c'est-à-dire qui ne requière, pour sa mise en œuvre, qu'une infrastructure et un matériel relativement modeste et puisse de surcroît être offert à des personnes non entraînées.

état de la technique

Pour simuler les conditions d'apesanteur grâce à la poussée d'Archimède, souvent des piscines de plus de 6 mètres de profondeur ou des réservoirs d'eau pressurisée sont utilisés, ce qui améliore la simulation des conditions d'apesanteur et évite les problèmes de flottabilité . Cependant, comme signalé plus haut, ces systèmes posent de sérieux problèmes notamment de sécurité, de coût (du fait de la présence d'un nombreux personnel de surveillance), d'accessibilité, etc.

Le brevet US 3,720,208 présente un équipement de plongée, composé d'un casque et d'une combinaison de plongée et qui, lorsque porté par une personne sous l'eau, permet de simuler les conditions d'apesanteur. L'intérieur de la combinaison, sous pression, est soumis à un flux d'air pour la respiration, la ventilation et le maintien d'une certaine température interne. Dans ce but, la combinaison est équipée d'un boîtier, situé au niveau du buste de la combinaison, comportant des connexions d'entrée et de sortie d'air.

Le boîtier comporte un mécanisme de régulation de la pression à l'intérieur de l'équipement. La pression dans l'eau variant fortement en fonction de la profondeur de plongée, le mécanisme permet de maintenir un différentiel de pression constant entre la pression de l'eau et la pression à l'intérieur de la combinaison afin d'éviter au plongeur des sensations désagréables dues aux variations brutales de pression.

Le mécanisme de régulation de la pression interne peut être contrôlé et régulé directement par le plongeur. Si un tel mécanisme est tout à fait adapté à des plongeurs aguerris, tels les spationautes, il peut s'avérer difficile d'utilisation voire dangereux pour des novices. La mauvaise

utilisation du mécanisme peut entraîner un sentiment de malaise et de nausées pour le plongeur soumis à des variations brutales de pression suite à une mauvaise utilisation du régulateur. Par ailleurs, l'équipement est utilisé pour reproduire les conditions d'apesanteur uniquement ; il ne permet pas de voyager virtuellement dans 1' espace .

Le brevet japonais JP2002220100 présente un système de voyage virtuel dans l'espace destiné à tout public. Le système comporte une piscine et un ensemble de sièges disposés sur une passerelle. Les personnes, munies d'un équipement de plongée, composé d'un casque, d'une combinaison de plongée et d'un dispositif pour la respiration sous l'eau, prennent place sur les sièges. La passerelle est alors plongée dans la piscine. Les personnes peuvent alors quitter leur siège et « voyager » dans l'eau. Certaines des parois de la piscine sont munies d'écrans de cinéma qui diffusent des images de l'espace permettant une simulation de voyage à travers l'espace. L'équipement de plongée comporte des ballasts remplis d'air disposés au niveau du casque et des chaussures ainsi que dans le dos du plongeur. En relâchant de l'air des ballasts, il est possible de contrôler la flottabilité du plongeur et donc de simuler des conditions d'apesanteur. Malheureusement, ce système ne permet qu'un voyage très limité dans le temps et dans l'espace, puisque la durée du voyage est limitée par le volume d'oxygène contenu dans le dispositif de respiration sous l'eau d'une part et par la taille de la piscine d'autre part. De plus, ce système ne permet de reproduire qu'un environnement spatial assez grossier, limité aux parois latérales de la piscine (les « spationautes virtuels » doivent faire abstraction notamment de l'aspect du sol et de la surface de la

piscine) . Par ailleurs, les écrans diffusent uniquement des images en deux dimensions : la notion de relief est impossible. De plus, la perception des images est déformée par l'eau de la piscine. Enfin le système ne permet pas un voyage unique à chaque plongeur, tous les plongeurs étant soumis aux mêmes images.

La présente invention a pour but un système de simulation de voyages dans l'espace par le biais d'un équipement de plongée en milieu aquatique qui remédie aux inconvénients et problèmes liés aux systèmes existants. Plus précisément, la présente invention a pour but un système de simulation et un équipement de plongée destinés pratiquement à tout public, sûrs, efficaces, peu chers, qui évitent les problèmes dues aux variations subites de pressions. Un tel système peut être utilisé à des fins ludiques et/ou commerciales, mais également pour familiariser des futurs cosmonautes à des conditions de travail réelles dans l'espace.

Résumé de l'invention

Un but de l'invention est donc de permettre de simuler de façon réaliste les conditions d'un voyage en solitaire dans l'espace.

Un autre but de l'invention est de pouvoir le faire dans des conditions optimales de sécurité avec un minimum de surveillance extérieure.

Un autre but de l'invention est de donner à la personne concernée la possibilité d'agir, et notamment de se déplacer, dans l'environnement reconstitué. Un autre but de l'invention est la mise au point d'un équipement sûr et durable pour réaliser cette simulation.

L'objet de l'invention est un équipement de simulation de voyage dans l'espace tirant parti de la poussée

d'Archimède pour compenser l'effet de la gravité pour la simulation en milieu aquatique de voyage dans l'espace. Cet équipement comprend :

- une combinaison de plongée étanche, - un casque de plongée étanche,

- des premiers moyens de fixation étanche pour la fixation étanche et de façon amovible du casque à la combinaison,

- un dispositif de visualisation d' images apte à être disposé à l'intérieur du casque et un dispositif de positionnement de ce dispositif de visualisation par rapport aux yeux d'un utilisateur; au moins un câble d'alimentation et/ou de transmission de signaux dont une première extrémité est apte à être connectée au dispositif de visualisation;

- au moins une ouverture dotée d' un dispositif de connexion étanche pour le passage de façon étanche d'au moins un câble entre l'extérieur et l'intérieur de l'équipement, le câble d'alimentation et/ou de transmission de signaux passant à travers l'ouverture de l'équipement vers l'extérieur de celui-ci ;

- un dispositif d'alimentation en air ;

- un dispositif de manœuvres virtuelles étanche actionnable par l'utilisateur - un dispositif générateur de signaux électroniques apte à générer des images restituant un environnement spatial virtuel ;

- un dispositif de traitement des signaux émis par le dispositif de manœuvres virtuelles apte à faire varier la position virtuelle de l'utilisateur par rapport à son environnement spatial virtuel.

Le dispositif de visualisation logé à l'intérieur du casque limite totalement le champ de vision d'un plongeur

muni de l'équipement. Sa vision n'est « parasitée » par aucun élément de son environnement réel (rampe d'accès dans la piscine, etc.) . L'impression d'être plongé dans un monde spatial virtuel est totale. Le monde virtuel dans lequel le plongeur voyage est totalement personnalisé. Par ailleurs, la vision du plongeur n'est pas déformée par l'eau lorsque celui-ci se trouve en immersion dans une piscine.

Le dispositif de visualisation est de préférence un dispositif de visualisation d'images stéréoscopiques . Par ailleurs, l'équipement permet la connexion vers l'extérieur, notamment vers l'extérieur de la piscine, de façon sécurisée du dispositif de visualisation et de façon général de tout appareillage disposé à l'intérieur de l'équipement ou à l'intérieur du casque. De plus, une connexion câblée assure également une connexion efficace et peu défaillante du dispositif de visualisation, les transmissions sans fil de signaux à haut débit étant très difficile dans l'eau.

Selon un premier mode de réalisation, la connexion s'effectue au niveau du casque, à l'arrière de celui-ci. La connexion au niveau du casque évite que le câble ne gêne ou n'encombre le plongeur. Il est d'autant plus important d'éviter toute gêne et donc tout risque d'accident que le plongeur n'a aucune vision de son environnement réel. Selon un autre mode de réalisation, la connexion s'effectue au niveau de la combinaison de plongée. L'équipement peut comporter une interface de communication centralisée pour l'émission de signaux audio/vidéo. L'interface de communication, située à l'intérieur de la combinaison étanche, est connectée d'une part aux câbles de signalisation du dispositif de visualisation afin d'envoyer à celui-ci des signaux vidéo et d'autre part à un câble de communication afin de recevoir des signaux. Ce câble de

communication passe de façon étanche à travers l'ouverture étanche prévue au niveau de la combinaison. L'interface de communication comprend un multiplexeur/démultiplexeur permettant de générer, à partir d'un signal unique, différents signaux destinés au dispositif de visualisation et vice-versa.

Par ailleurs, en plaçant judicieusement l'ouverture à l'arrière de la combinaison dans le dos, on évite également que le plongeur ne soit gêné par les câbles. Selon un autre mode de réalisation, l'équipement comporte deux ouvertures étanches pour le passage de câbles, l'une au niveau du casque, l'autre au niveau de la combinaison .

Avantageusement, les dispositifs pour l'alimentation et/ou pour le traitement des images du dispositif de visualisation peuvent être logés à l'extérieur du casque. Il en résulte une réduction du poids à supporter par le plongeur ainsi qu'une réduction de l'encombrement du dispositif de visualisation à l'intérieur du casque. Il est en effet important de limiter la taille du casque afin de réduire les problèmes de flottabilité . Un dispositif pour le traitement des images de haute performance peut être utilisé, puisqu'il n'est limité ni en taille et ni en poids fournissant ainsi à une fréquence élevée des images de haute qualité au dispositif de visualisation.

Selon un mode particulier de l'invention, le dispositif de connexion étanche comporte un moyen de connexion étanche pour la connexion étanche d'un tube à l'extérieur de l'équipement au niveau l'ouverture de l'équipement. Les câbles passant de l'intérieur vers l'extérieur de l'équipement via l'ouverture sont rassemblés dans un seul et même tube, évitant ainsi la gêne et l'encombrement dus à plusieurs fils souvent de longueur et

de taille différentes. Le tube augmente également la sécurité du système, puisque les câbles sont isolés de l'eau de la piscine.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le tube est flexible, minimisant plus encore les risques de gêne.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de visualisation est muni d'une batterie d'alimentation. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de visualisation est alimenté depuis l'extérieur de l'équipement, via un câble d'alimentation passant par l'ouverture étanche.

Un des buts de l'invention est de fournir une bonne répartition des poids de l'équipement, de façon à faire coïncider dans la mesure du possible le métacentre et le centre de gravité du plongeur tout équipé et ainsi améliorer le rendu du voyage virtuel.

A ce titre, le casque de plongée est caractérisé en ce qu' il comporte au moins un deuxième moyen de fixation pour la fixation d'au moins une partie d'un dispositif de visualisation à l'intérieur du casque.

Ce deuxième moyen de fixation soulage le plongeur d'une partie du poids du dispositif de visualisation. En effet, les dispositifs de visualisation constituent des appareils souvent lourds. Aussi, le dispositif de visualisation étant au moins partiellement fixé à l'intérieur du casque, le casque reprend au moins une partie de son poids ; les masses des différents équipements que le plongeur doit supporter peuvent ainsi être mieux réparties. On notera que le poids du casque tout équipé est de l'ordre d'une dizaine de kilo.

Le moyen de fixation permet une fixation permanente ou de façon amovible d'au moins une partie du dispositif de visualisation.

Avantageusement, l'équipement de plongée comprend au moins un capteur de mouvement disposé à l'intérieur du casque et/ou à l'intérieur de la combinaison.

Le ou les câbles du capteur pour l'alimentation et/ou l'émission des signaux de détection de mouvement passent par l'ouverture de connexion situé au niveau de l'équipement (de préférence au niveau de la combinaison).

Selon un mode de réalisation préférée, une deuxième interface de communication centralisée pour la transmission de électronique signaux est située dans la combinaison étanche. L'interface de communication est d'une part connectée aux câbles pour l'émission des signaux de détection de mouvement et d' autre part à un câble de communication vers l'extérieur de l'équipement. Ce câble de communication passe de façon étanche à travers l'ouverture étanche prévue au niveau de la combinaison. L'interface de communication comprend un multiplexeur/démultiplexeur permettant de générer un signal unique à partir de différents signaux électroniques et vice-versa.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les câbles pour la transmission de signaux destinés au dispositif de visualisation sont connectés à la première interface de communication. La deuxième interface de communication sert au câblage de tous les autres équipements électroniques faisant partie de l'équipement de plongée . Les signaux fournis par le capteur sont ainsi centralisés dans la combinaison, transmis, traités et utilisés par un dispositif de contrôle et commande comprenant un dispositif de traitement d'images. Le

dispositif de traitement d'images modifie et adapte, en temps réel, les données images transmises au dispositif de visualisation en fonction des mouvements du plongeur.

Le capteur permet soit de déterminer des mouvements réels (mouvement de la tête vers le haut, la gauche, etc.), soit de déterminer des mouvements dits de commande. Ainsi pour éviter que le plongeur ne se déplace trop dans la piscine et qu' il ne soit trop limité dans son voyage virtuel notamment par les dimensions de la piscine ou par son équipement de plongée, des mouvements du plongeur peuvent générer un signal faisant office de commande. Par exemple, un mouvement de bras vers la gauche indique la volonté du plongeur d'aller vers la gauche, la vitesse du mouvement étant par exemple indiquée par l'ampleur du mouvement. Les signaux images pour le dispositif de visualisation sont adaptés en fonction de ce mode d' actionnement . Le plongeur peut ainsi se déplacer dans l'espace virtuel sans avoir à se déplacer réellement.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, un microphone est placé dans le casque de plongée, par l'intermédiaire duquel le plongeur envoie des ordres de commande. Le câble de connexion du microphone passe par l'ouverture de connexion de l'équipement et transmet les signaux vers un récepteur muni d'un système de reconnaissance vocal ; ce système génère des données de commande pour le dispositif de traitement images. Avantageusement le câble pour la transmission des signaux audio est connecté à l'un des deux interfaces de communication centralisée (de préférence à la deuxième interface) .

Dans un troisième mode de réalisation, un manche à balai (« joystick ») étanche permet, de façon similaire au microphone, de commander le dispositif de traitement

d' images sans demander un déplacement physique du plongeur dans la piscine. Le (ou les) câble (s) de connexion du joystick passe par l'une des interfaces de communication centralisée (préférablement la deuxième) permettant de transmettre des signaux pour la commande du dispositif de traitement images.

Avantageusement, l'équipement de plongée peut comporter des gants virtuels étanches comprenant au moins une interface haptique et/ou au moins un capteur de mouvement. Le (ou les) câble de connexion du gant passe alors par l'une des deux interfaces de communication centralisée (préférablement la deuxième) et transmet les signaux émis pour la commande du dispositif de traitement images . Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le casque comporte au moins une ouverture comprenant un dispositif de connexion étanche pour la connexion d'un tube d'arrivée d'air et/ou d'un tube de sortie d'air. Ainsi, l'alimentation d'air pour la respiration et pour la ventilation à l'intérieur de l'équipement est externe. On dispose ainsi d'un temps de plongée illimité. Par ailleurs, l'électronique du dispositif de visualisation pouvant entraîner une légère augmentation de température, une alimentation externe d'air permet de contrôler et maintenir un certain niveau de température à l'intérieur du casque. D'autre part, la ventilation d'air externe permet de maintenir le taux d'humidité en dessous d'un maximum et d'éviter les risques de condensation au niveau du dispositif de visualisation.

Dans un mode de réalisation particulière de l'invention, l'ouverture utilisée soit pour l'arrivée d'air

soit pour la sortie d'air est également l'ouverture utilisée pour le passage d'au moins un câble.

Un autre but de l'invention est de s'assurer que l'équipement évite au plongeur de ressentir la pression de l'eau. Dans cette optique, la combinaison de plongée comprend un col comportant un moyen élastique pour permettre une fermeture étanche au niveau du cou du plongeur, des manches dont l'extrémité comporte un moyen élastique pour permettre une fermeture étanche au niveau des poignées et au moins une valve pour permettre l'entrée d'air à l'intérieur de la combinaison, et comportant un moyen de connexion à un tuyau d'arrivée d'air.

Il est ainsi possible de contrôler et de maintenir une certaine pression à l'intérieur de la combinaison et ce, de façon indépendante de la pression à l'intérieur du casque. Il est ainsi possible de pressuriser l'intérieur de la combinaison de sorte à compenser la pression de l'eau.

De façon avantageuse, la pression à l'intérieur de la combinaison en utilisation en immersion est supérieure à 1 atm, et est de préférence égale à 1.2 atm.

De façon avantageuse, la combinaison de plongée comprend des moyens d'ajustement permettant de faire correspondre le métacentre (point d'application de la poussée d'Archimède) et le centre de gravité de l'utilisateur lorsque celui-ci est équipé de son équipement. Ces moyens permettent aussi de contrôler la flottabilité de la combinaison en immersion. Ces moyens sont, par exemple, un dispositif de sortie d'air de la combinaison. Un tel dispositif permet l'expulsion ou l'extraction d'air de la combinaison pressurisé, permettant de réduire la pression interne pour contrôler la flottabilité du plongeur. L'équipement de plongée peut également comprendre des moyens de fixation pour la

fixation de façon amovible de lest. Le lest, judicieusement réparti, permet de contrôler la flottabilité du plongeur en immersion et d'ajuster le métacentre.

Un autre but de l'invention est de faciliter l'entrée et la sortie du plongeur dans la piscine. A ce titre, l'équipement de plongée comprend un câble destiné à suspendre un plongeur et au moins un moyen de fixation amovible pour la fixation de façon amovible d'une des extrémités du câble à la combinaison et/ou au corps d'un plongeur.

Le câble permet ainsi de descendre le plongeur dans la piscine et de l'en sortir à tout moment.

Avantageusement, l'équipement comprend un harnais fixé de façon amovible à la combinaison et/ou au corps d'un plongeur, le moyen de fixation du câble étant fixé au harnais .

Suivant un mode de réalisation préféré, le dispositif de traitement des signaux émis par le dispositif de manœuvres virtuelles comprend un calculateur intégré au programme qui calcule la façon dont s'effectuerait dans l'espace un mouvement correspondant à une impulsion de commande déterminée, ce calculateur commandant le mouvement relatif tel qu' il apparaît au spationaute dans le dispositif de visualisation d'images tridimensionnelles, le dit calculateur intégrant les équations de mouvement d'un corps rigide en l'absence de forces de frottement et de gravité extérieures afin de présenter un gain de signal de réalité virtuelle amplifiant les mouvements de l'utilisateur pour les transposer à des conditions réalistes dans l'espace virtuel.

De façon optionnelle, dans ce mode de réalisation, le calculateur comprend des moyens de modulation permettant de moduler le gain de signal de réalité virtuelle amplifiant

les mouvements de l'utilisateur pour les transposer à des conditions réalistes dans l'espace virtuel de façon à atténuer leur effet perturbant.

Brève description des figures

Ces aspects ainsi que d'autres aspects de l'invention seront clarifiés dans la description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'invention, référence étant faite aux dessins des figures, dans lesquelles :

Fig.l montre un plongeur vu de face muni d'un équipement de plongée selon un mode de réalisation de l' invention;

Fig.2 montre un plongeur vu de profil muni d'un équipement de plongée selon un mode de réalisation de l'invention ;

Fig.3 montre le dispositif de contrôle et commande du système de simulation de voyage dans l'espace selon un mode de réalisation de l'invention.

Les figures ne sont pas dessinées à l'échelle. Généralement, des éléments semblables sont dénotés par des références semblables dans les figures.

Description détaillée de modes de réalisation particuliers

Les figures 1 et 2 montrent un plongeur vu de face et de profil respectivement muni d'un équipement 1 pour la simulation en milieu aquatique de voyages dans l'espace selon un mode de réalisation de l'invention.

L'équipement de simulation 1 comprend un casque de plongée étanche 100, une combinaison de plongée étanche 200, des gants de plongée étanches 400 et un harnais 300.

Les gants et la combinaison sont de préférence réalisés en néoprène®, ceci n'étant évidemment pas limitatif. Tout matériau étanche et relativement élastique peut être utilisé. Un des problèmes auxquels l'inventeur s'est trouvé confronté est que les équipements de plongée que l'on trouve sur le marché sont totalement inadaptés au but de l'invention. En effet, il n'est pas possible, pour des simples raisons économiques, de disposer, sans autre forme de procès, les équipements électroniques délicats et surtout sensibles à l'humidité de réalité virtuelle dans des équipements existants. Une autre raisons, déjà évoquées ci-dessus, est que le navigateur virtuel évolue dans un volume d'eau restreint, et donc à faible profondeur. En conséquence, les combinaisons de plongées existantes, conçues pour compenser des pressions externes élevées, risquent de ballonner, perturbant la flottabilité de l'équipement et renvoyant le voyageur virtuel vers la surface, alors précisément que l'on recherche un équilibre entre la poussée d'Archimède et la gravité.

Le casque de plongée 100 comprend une coque aveugle 111 fixée de façon amovible à une base 110 à l'aide de moyen de fixation 113. La base 110 est formée d'un anneau métallique ou plastique directement solidarisé au col 206 de la combinaison 200. Dans un autre mode de réalisation, la base 100 comprend un dispositif de fixation amovible au col 206. Une jupe 202 (non représentée) réalisée en matière souple et étanche (PVC ou en néoprène®) est fixée sur tout le pourtour intérieur de la base 110. La jupe comporte une ouverture ayant un bord élastique. Le rebord épouse parfaitement le cou du plongeur de façon à maintenir une étanchéité entre l'intérieur du casque 100 et l'intérieur de la combinaison 200.

La coque 111 du casque 100 de forme globalement ovoïde est réalisée dans un matériau étanche et résistant. Afin de soustraire le voyageur virtuel à son environnement réel, la coque est de préférence aveugle vers l'avant. L'équipement de plongée comporte par ailleurs un casque de visualisation 116 munis ici de deux écrans 117 situés près des yeux et diffusant des images stéréoscopiques . Les écrans 117 sont munis d'optiques spéciales afin d'éviter la fatigue des yeux. Les images diffusées remplissent entièrement le champ de vision du plongeur, offrant une immersion totale dans les images diffusées et donnant l'impression d'être à l'intérieur de la scène. Les images diffusées peuvent être des images de synthèse ou issues d'images réelles prises à l'aide de satellites par exemple. On peut également utiliser d'autres techniques connues pour rendre l'effet stéréoscopique, telles que le recours à un seul écran diffusant des images polarisées ou des anaglyphes, le couplage à des lunettes opacifiables à cristaux liquides, etc. Vu l'absence de points de repères dans l'espace virtuel, le rendu du relief peut également être amélioré en ayant recours à 1' hyperstéréoscopie .

La présence d'éventuelles parties transparentes dans le casque permet au personnel aidant le candidat au voyage virtuel à s'assurer du bon positionnement de 1' appareillage .

Le casque de visualisation 116 comprend un moyen de fixation 127 sur la tête du plongeur constitué ici d'un ensemble de sangles élastiques et de courroies ajustables qui épousent la forme de la tête du plongeur et assure un maintien efficace du casque de visualisation 116 sur la tête du plongeur.

Le casque de visualisation 116 est par ailleurs muni d'un dispositif de capteurs de mouvement permettant de prendre en compte les mouvements de la tête dans toutes les directions ainsi que leur vitesse. Le casque de visualisation 116 renferme également un dispositif sonore qui permet un rendu des sons en trois dimensions.

Le casque de visualisation 116 comprend un ensemble de câbles 112 pour l'alimentation de l'électronique, la réception de données images à diffuser, l'envoi des données générées par le ou les capteurs de mouvement, etc. Le casque de plongée 100 comporte une ouverture 119 disposée à l'arrière de la tête du plongeur permettant le passage des câbles 112 vers l'extérieur du casque de plongée 100. Selon un autre mode de réalisation non représenté, l'ouverture 119 est disposée dans le dos du plongeur au niveau de la combinaison étanche de plongée 200.

On remarquera que le milieu aqueux n'est pas adapté à la propagation des ondes radios et qu'il n'est donc pas possible, en pratique, de se passer de connexions par fil, ce qui complique d'autant la réalisation de l'équipement de simulation de l'invention et entraîne de réels problèmes de connectique. Par ailleurs, le milieu aqueux impose évidemment des contraintes du point de vue de la tension, qui doit être du type Très Basse Tension de Sécurité. L'ouverture 119 comporte un joint d'étanchéité 120 assurant une connexion parfaitement étanche entre l'intérieur et l'extérieur du casque de plongée 100 (ou de la combinaison de plongée le cas échéant) .

L'ensemble des câbles 112 logés à l'intérieur du casque est inséré dans une seule gaine ou tube 128 parfaitement étanche et très résistante. La gaine 128 est connectée de façon étanche au joint d'étanchéité 120 de sorte à éviter tout risque de courts-circuits et accidents

susceptible d'abîmer le délicat matériel utilisé lorsque le plongeur se trouve dans l'eau.

En disposant l'ouverture 120 à l'arrière soit du casque de plongée 100 soit de la combinaison de plongée, le plongeur n'est pas restreint dans ses mouvements et ne risque pas de se prendre les pieds ou les mains dans la gaine 128.

Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de capteurs de mouvement de la tête et/ou le dispositif sonore sont séparés du casque de visualisation 116 et sont disposés sur les paroi interne du casque de plongée 100.

Les câbles d'alimentation et d'émission de signaux de détection de mouvements du dispositif passent également par l'ouverture 119. Le casque de plongée 100 comporte un dispositif de circulation d'air. Le dispositif comporte deux ouvertures

129 et 130 munies respectivement d'une valve d'entrée d'air

124 et d'une valve de sortie d'air 125. Des tubes 131, 132 sont connectés aux valves 124 et 125 pour assurer la circulation de l'air à l'intérieur du casque de plongée

100. L'autre extrémité des tubes 131, 132 est connecté à un dispositif de ventilation (non représenté) permettant l'envoi constant d'air filtré et neuf. La pression à l'intérieur du casque est de préférence proche de 1 atm. Les ouvertures 129 et 130 sont disposées de préférence à l'arrière du casque afin d'éviter toute gêne au plongeur. La réalité virtuelle peut par ailleurs prendre en compte et intégrer la présence d'un « cordon ombilical » reliant le spationaute à un véhicule, un module spatial, etc., de façon à ce que les sollicitations incongrues et l'inertie du tube d'alimentation ne perturbent pas le spationaute .

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la coque 111 comporte deux modules, un premier module fixé de préférence de façon amovible à la base 110 et un deuxième module fixé de façon amovible au premier module. Des moyens de fixation (non représenté) sont disposés sur une des parois internes du premier module du casque 100, auxquels au moins une partie du casque de visualisation 116 est fixé de façon amovible ou permanente.

Dans ce mode de réalisation, l'ouverture 119 pour le passage des câbles et/ou les ouvertures pour la circulation de l'air 129, 130 font parties du premier module.

L'équipement de plongée 1 facilite l'installation du dispositif de visualisation 116. Le plongeur peut dans un premier temps enfiler la combinaison 200 avec la base 110 qui repose sur les épaules d'un plongeur. Le plongeur peut dans un second temps fixer le dispositif de visualisation 116 au premier module du casque 100 préalablement fixé à la base 110, dans le cas d'un casque 100 modulaire, et dans tous les cas ajuster confortablement le dispositif de visualisation 116 à sa tête et à sa vue.

Le positionnement des lunettes de réalité virtuelle à est effectué avant la mise en place du casque, par un système de charnières et de glissières à friction permettant de déplacer l'équipement VR (pour « Réalité Virtuelle ») dans toutes les directions et orientations, particulièrement pour les usagers portant des lunettes. Le casque 100 est ensuite fermé en fixant la coque 111 sur la base 110 ou, dans le cas d'un casque 100 modulaire, en fixant le deuxième module au premier module. Les dispositifs d'attache du casque 100 on été conçus pour une sortie rapide de l'eau et un retour très rapide à la respiration atmosphérique en cas de problème. Un contact téléphonique est maintenu pour que le plongeur signale les

problèmes éventuels. Si tel est le cas, il peut être ramené à l'air libre en quelques secondes. Il en est de même si l'aide présent dans la piscine voit un plongeur en difficulté. La combinaison 200 comporte des bottes 203 intégrées. Elle est munie de poignées élastiques étanches 201 (non représentées) épousant parfaitement la forme du poignet du plongeur de sorte à ce que l'intérieur de la combinaison soit parfaitement étanche à l'eau et empêche l'air de sortir. Dans un autre mode de réalisation les bottes sont dissociées de la combinaison. Une étanchéité est alors assurée au niveau des chevilles.

Dans l'optique d'une utilisation ludique et/ou commerciale du voyage virtuel dans l'espace, il est évidemment impératif de réduire au maximum les inconvénients liés à la durée et à l' inconfort du harnachement du spationaute. Au nombre de ces inconvénients, on trouve évidemment la nécessité d'essuyer toutes les partiels du corps ayant baigné dans l'eau. Ces considérations expliquent pourquoi il n'est pas souhaitable a priori d'avoir recours à des combinaisons de plongée de type « homme-grenouille », qui requièrent un déshabillage complet ainsi qu'un contact direct de l'ensemble de la surface du corps avec l'eau de la piscine. Sur les parois interne de la combinaison 200 sont disposées un ensemble de capteurs de mouvements (non représentés) destinés à détecter les mouvements du plongeur ainsi que la vitesse de ces mouvements (par exemple, mouvements des bras ou des jambes et leur vitesse) . Les câbles d'alimentation et de transmission de signaux de ces capteurs passent par l'ouverture 119.

Suivant un autre mode de réalisation, un ensemble de capteurs passifs 204 est disposé sur la paroi externe de la

combinaison 200. Des caméras disposées à l'intérieur de la piscine ou devant des hublots transparents permettent de transposer en temps réel les mouvements et la vitesse de mouvement de ces capteurs 204. La combinaison 200 comporte également une valve d'entrée d'air 205. Une fois que le plongeur est muni de son équipement de plongée 1, un tuyau (non représenté) est branché sur la valve 205 et de l'air est insufflé à l'intérieur de la combinaison 200. L'intérieur de la combinaison 200 est pressurisé indépendamment de l'intérieur du casque de plongée 100. La pression à l'intérieur de la combinaison 200 en utilisation est supérieure à 1 atm, et est de préférence égale à 1.2 atm. La valve 205 comporte un dispositif de type bouton pressoir 208 permettant de relâcher de l'air en cas de besoin. De façon alternative, la combinaison 200 comprend une valve supplémentaire pour la sortie d'air. La dissociation de l'alimentation en air du casque et de la combinaison permet de mieux maîtriser les problèmes de ballonnement de la combinaison (qui ont une influence directe sur la flottabilité et également sur la position relative du métacentre et du centre de gravité du plongeur tout équipé) , tout en assurant une ventilation correcte du casque, à la fois pour le confort du spationaute virtuel et la préservation de l'appareillage). Par ailleurs, pour que l'expérience soit accessible au grand public, il est nécessaire que les profondeurs d'immersion soient faibles (0 à quelques mètres) . Si ce n'était pas le cas, il serait nécessaire de décomprimer le plongeur, opération effectuée pour l'entraînement d'authentiques astronautes mais qu'il serait impossible voire dangereux d'appliquer à des amateurs non entraînés.

De ce fait, si on utilisait un équipement de plongée standard, les pressions ne seraient pas suffisantes pour créer un différentiel de pression significatif entre le plongeur, l'eau et l'atmosphère. Dès lors, les dispositifs d'évacuation d'air dans l'eau classiques ne peuvent pas fonctionner, ce qui entraîne deux conséquences fâcheuses : D'abord, de l'eau rentre dans la combinaison par la sortie d'air, ce qui ruine complètement l'effet de la simulation et, de plus, nuit gravement à l'électronique! Ensuite, l'air n'est pas évacué totalement vers l'extérieur, mais contribue à un gonflement inopiné de la combinaison, modifiant fortement l'équilibre de la flottaison neutre. En conséquence, un équipement de casque spécial est utilisé, sans aucune sortie libre vers l'eau de la piscine mais équipé d'une pompe aspirante de sortie d'air afin d'éviter les deux phénomènes relevés ci-dessus.

Le plongeur porte, dans son dos, un harnais 300 fixé solidement à l'aide d'un ensemble de sangles réglables 303. Des lests 305 peuvent être ajoutés au niveau des sangles 303 ou à l'intérieur du harnais 300 afin de pouvoir contrôler la flottabilité du plongeur. Le nombre et la masse des lests sont déterminés en fonction de la masse du plongeur. Un câble de suspension 301 est fixé à l'arrière du harnais 300 à l'aide d'un ensemble d'accrochés 306. Le câble de suspension 301 permet de suspendre le plongeur de sorte à le faire entrer et sortir plus facilement de la piscine .

Le harnais 300 comporte également un dispositif de remontée d'urgence de type bouée ou ballon par exemple qui peut être actionné en cas de problème à l'aide de la poignée 307. Lorsqu'il est actionné, ce dispositif se gonfle et aide le plongeur à remonter en surface. La désorientation est un des problèmes classiques auquel se

trouve confronté le spationaute virtuel. Cela peut lui causer un malaise, voire des nausées. Il est donc avantageux, outre la remontée d'urgence, de prévoir dans le casque et/ou dans la combinaison des dispositifs permettant l'absorption ou l'évacuation de fluides corporels .

L'équipement comprend des gants 400 étanches munis de poignets élastiques 401 qui s'adaptent parfaitement au poignet du plongeur de façon à assurer une connexion parfaitement étanche entre le gant et la combinaison 200.

Ces gants 400 peuvent être des gants virtuels de type cybergloves® comportant une interface haptique dont notamment un ensemble de capteurs de mouvements et/ou de vitesse de mouvements. Les câbles de connexion (non représentés) des gants 400 passent de façon étanche au travers de la combinaison 200 avant de ressortir par l'ouverture de la combinaison de plongée.

Selon un mode de réalisation de l'invention non représenté, une première et deuxième interfaces de communication centralisée 501, 502 sont disposées à l'intérieur de la combinaison étanche de plongée 200. Les interfaces de communication 501, 502 sont connectées aux différents dispositifs électroniques de l'équipement de plongée (écran de visualisation, capteurs de mouvement tête et/ou corps, dispositif sonore, capteurs de pression, gants 400, joystick, etc.). Chaque interface de communication comprend un câble 503 unique de communication vers l'extérieur de l'équipement. Ce câble 503 passe de façon étanche à travers l'ouverture 119. Chaque interface de communication 501, 502 comprend un multiplexeur/démultiplexeur permettant de générer un signal unique à partir de différents signaux électroniques qu' il reçoit des différents dispositifs électroniques et

vice-versa. Ceci permet de réduite le nombre de câbles sortant de la combinaison et, en conséquence, de diminuer les problèmes liés à la connectique et à l' étanchéité .

De préférence, la première interface de communication 501 est connectée à l'écran de visualisation, tandis que la deuxième interface de communication 502 est connectée aux autres dispositifs électroniques (capteurs de mouvement tête et/ou corps, dispositif sonore, capteurs de pression, gants 400, joystick, etc.) de l'équipement 1 de plongée. La figure 3 représente le dispositif 2 de contrôle et commande du système de simulation de voyage dans l'espace Le dispositif de contrôle et de commande est disposé à l'extérieur de la piscine dans lequel le plongeur est en immersion. Le dispositif de contrôle 2 comprend un ou plusieurs appareils de traitement de données tels qu'un ordinateur contenant, de façon conventionnelle, une alimentation électrique, un ou plusieurs processeurs, des mémoires, des cartes graphiques, des interfaces utilisateurs de type souris, clavier, écran, microphone, haut-parleurs, etc. Le dispositif de contrôle 2 comprend une interface de connexion 520 pour la connexion sécurisée des différents câbles d'alimentation et de transmission de signaux contenus dans la gaine 128. Lorsque l'équipement de plongée est muni des interfaces de communication centralisée 501, 502, l'interface de communication 520 comprend un dispositif de multiplexage/démultiplexage afin de permettre la transmission de signaux avec les interfaces de communication centralisée 501, 502. L'alimentation des câbles d'alimentation est effectuée soit via l'alimentation du dispositif de contrôle 2 soit indépendamment, le cas échéant via un transformateur de sécurité générant, pour des raisons de sécurité évidentes, une basse tension de sécurité (généralement de l'ordre de 12V).

Le dispositif de contrôle et de commande 2 peut être vu comme un ensemble d'unités fonctionnelles communiquant entre elles. Ces unités et leur connections telles que représentées à la figure 3, sont théoriques et présentées ici uniquement à titre illustratif pour faciliter la compréhension du fonctionnement du dispositif de contrôle 2. Elles ne reflètent pas forcément la façon dont les différentes unités du dispositif de contrôle 2 et leurs connexions sont interconnectées en pratique. De plus le dispositif de contrôle 2 peut consister en un ensemble d'appareils différents connectés entre eux et réalisant distinctement les opérations d'une ou plusieurs unités fonctionnelles .

Le dispositif de contrôle 2 tel que représenté comprend un contrôleur central 501 permettant de traiter les données reçues par le dispositif de contrôle 2 via les différentes interfaces utilisateurs 503 et de traiter et contrôler les différentes autres unités fonctionnelles.

Une mémoire 502 permet d'enregistrer et de lire des données utilisées par le contrôleur central 501 et les différentes unités fonctionnelles.

Une interface capteurs mouvements de tête 504 traite les signaux fournis par le dispositif de capteurs prenant en compte les mouvements de la tête du plongeur et leur vitesse ; elle génère ensuite des données de commande indiquant un changement du point de fuite du champ de vision du plongeur ainsi que la vitesse du changement.

Une interface capteurs mouvements de corps 505 traite les signaux fournis par le dispositif de capteurs de la combinaison mesurant les mouvements du corps du plongeur.

Comme précisé plus haut, les mouvements du corps du plongeur (par exemple mouvement de bras) peuvent aussi être interprétés comme des mouvements réels (aller à gauche si

le plongeur se tourne effectivement vers la gauche) ou comme des ordres (lever le bras gauche étant interprété comme un ordre de déplacement vers la gauche, l'amplitude du mouvement représentant la vitesse de rotation vers la gauche) . L'interface génère ensuite des données de commande indiquant un changement du point de fuite du champ de vision du plongeur ainsi que la vitesse du changement.

Le logiciel qui contrôle l'expérience réagit aux signaux des capteurs de manière à simuler au mieux l'espace. Supposons qu'un mouvement (translation ou rotation) soit détecté par un capteur. Sur Terre, ledit mouvement s'arrête rapidement du fait de nombreuses forces de frottement (air, contact avec le sol, ...). Dans l'eau, cet effet est encore plus sensible à cause de la viscosité de l'eau (100 fois plus élevée celle de l'air) . En réalité virtuelle, par contre, dès qu'un mouvement à valeur d'ordre est détecté, un calculateur (intégré au programme) calcule la façon dont s'effectuerait dans l'espace le mouvement dont l'impulsion initiale a été mesurée. Ce calculateur commande le mouvement relatif tel qu'il apparaît au spationaute dans les lunettes VR. En d'autres termes, les équations de mouvement d'un corps rigide en l'absence de forces de frottement et de gravité extérieures sont intégrées (calculées) afin de présenter un gain de signal VR amplifiant les mouvements du plongeur pour les transposer à des conditions « réalistes » dans l'espace virtuel .

On notera qu'il est possible de moduler cet effet, afin de ne pas rendre malade le spationaute novice par cette désorientation, qui serait tout à fait effective dans l'espace réel, mais qui est inadapté à des personnes non entraînées, En fonction de l' « entraînement » du spationaute, on introduit donc un paramètre d'amortissement

du déplacement virtuel calculé, ce phénomène pouvant se montrer particulièrement déroutant pour des personnes non averties. La grandeur de cet amortisseur est ajustable

(paramètre variable du logiciel) suivant le degré de réalisme que le spationaute souhaite ou estime pouvoir supporter .

Une interface gants 507 traite les signaux fournis par les capteurs du gant 400 interprétés comme des ordres et génère des données de commande correspondante. Il est possible, suivant le degré de réalité souhaité, d'utiliser des gants hautement sophistiqués restituant des sensations tactiles, pour simuler par exemple la manœuvre d'objets dans l'espace, une réparation, etc.

Une interface joystick 509 non représentée traite les signaux fournis par le joystick interprétés comme des ordres et génère des données de commande correspondante.

Une interface microphone 509 traite le signal fourni par le microphone 115 du casque de plongée 100. L'interface microphone 509 est munie d'un système de reconnaissance vocale permettant de détecter les ordres du plongeur (« aller à gauche », « reculer », etc.) . Lorsque le système de reconnaissance vocale détecte un ordre connu, l'interface 507 génère des données de commande correspondant. Dans tous les cas, le signal son est reproduit au niveau de l'interface utilisateur 503 afin que la personne contrôlant le bon déroulement de la simulation via le dispositif de contrôle 2 puisse écouter le plongeur.

Toutes les données de commande sont immédiatement envoyées à une unité de traitement images et sons 510. L'unité traitement images et sons 510, de façon conventionnelles, traite les données de commande et génère des données représentant des images stéréoscopiques (avec un ensemble de données images pour l'écran gauche de

visualisation 117 et pour l'écran droit de visualisation 117) ainsi que d'éventuelles données sons stéréophoniques. Il va de soi que dans la réalité, les sons ne se propagent pas dans le vide, mais le voyageur virtuel peut quant à lui bénéficier, suivant le but recherché (ludique, didactique) , de bruitages « réels » (sifflement de ses propres réacteurs de poussée, etc.) ou fantaisies, de commentaires, d'un fond musical, etc. Les données images et sons sont modifiées et adaptées en fonction des données de commande. L'unité traitement images 510 génère ainsi en temps réel des données images en modifiant les points de vue des images diffusées ainsi que leur vitesse de défilement et des données son correspondant aux nouvelles images générées.

Une interface dispositif visualisation 508 reçoit et traite, de façon conventionnelle, les données images générées par l'unité traitement images et sons 510. Dans le cas de l'utilisation d'un écran double, comme représenté, l'interface 508 génère des signaux distincts pour l'écran gauche 117 et pour l'écran droit de visualisation 117. Les signaux sont envoyés au casque de visualisation 116 via l'interface de connexion 520.

L'interface microphone 509 reçoit et traite, de façon conventionnelle, les données sons générés par l'unité traitement images et sons 510. L'interface 509 génère un signal pour chacun des haut-parleurs du dispositif sonore. Les signaux sont envoyés au dispositif sonore via l'interface de connexion 520. La personne contrôlant le dispositif de contrôle 2 peut également parler au plongeur via un microphone 503. Le signal son est envoyé au dispositif sonore logé dans le casque de plongée 100 via l'interface microphone 509.

Il apparaîtra évident pour l'homme du métier que la présente invention n'est pas limités aux exemples illustrés

et décrits ci-dessus. L'invention comprend chacune des caractéristiques nouvelles ainsi que leur combinaison. La présence de numéros de référence ne peut être considérée comme limitative. L'usage du terme « comprend » ne peut en aucune façon exclure la présence d' autres éléments autres que ceux mentionnés. L'usage de l'article défini « un » pour introduire un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de ces éléments. La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs