S18 — Balise de survie totalement indépendante + flottabilité positive¶

Répond à : P27 (jamais de perte silencieuse), P28 (flottabilité)

Priorité n°1 de tout le projet

Principe¶

Une balise de survie autonome (≈ 350 € en DIY) avec :

Son propre microcontrôleur
Sa propre batterie
Son propre GPS
Sa propre liaison satellite

Physiquement et électriquement indépendante de l'autopilote et du circuit principal : aucun fil, aucune batterie, aucune antenne partagée avec le reste du bateau.

Résultat : même autopilote planté, moteur mort, bateau coincé — la balise continue d'émettre la position.

Couplée à une flottabilité positive (âme en mousse, S1) : le bateau bloqué reste à flot, marqué et émetteur.

La garantie absolue

Aucun scénario n'aboutit à une perte silencieuse. On apprend même d'un échec.

Les fixations fusibles / largage d'appendice sont une piste validée mais de priorité basse, pour une itération ultérieure.

Faisabilité (équipe étudiante)¶

Élevée — exactement le genre de sous-système qu'EPITA conçoit bien

C'est un petit système embarqué autonome : MCU basse conso + GPS + modem SBD + petite batterie Li-SOCl₂.

Règle dimensionnante¶

Chaque banc seul : tenir l'électronique vitale ~8–9 jours
La balise : survivre à toute panne du reste

Fonctionnement¶

Toutes les 3 h : acquérir une position GNSS et la transmettre par Iridium SBD. En cas d'échec de transmission, réessayer toutes les 30 min (nouveau fix à chaque fois), plafonné à 5 tentatives, puis se rendormir jusqu'au créneau des 3 h suivant. Un seul capteur (le GNSS), une seule donnée transmise.

La conception a beaucoup évolué depuis l'esquisse initiale (TPL5110 + ATtiny + L91) ; l'état retenu ci-dessous suit la synthèse S18.

Architecture retenue : deep sleep (pas de latch)¶

On a d'abord conçu un circuit de latch qui coupait physiquement le microcontrôleur, puis on l'a abandonné. La raison tient en un chiffre : le RockBLOCK tire 100 µA en permanence (on ne le coupe jamais), quand l'ESP32-C3 en deep sleep tire ~5 µA. Optimiser le sommeil du MCU, c'est optimiser 3 % du budget — ça n'en vaut pas la peine.

Le deep sleep fait tomber la moitié du schéma : plus de latch, plus de RTC externe, plus d'isolateur de bus, plus de load switch GNSS. C'est le bon compromis complexité / autonomie pour une petite série.

graph TD

    subgraph ALIM["Alimentation — 3,6 V, jamais coupée"]
        BAT1[Saft LSH20<br/>3,6 V] --> OR{ORing Schottky<br/>anti-recharge}
        BAT2[Saft LSH20<br/>3,6 V] --> OR
        OR --> VBAT[[Rail VBAT 3,6 V]]
        VBAT --> BOOST[Boost 5,0 V<br/>faible Iq]
        BOOST --> V5[[Rail V5 5,0 V]]
        SC[(Supercap 10 F<br/>+ 1000 µF faible ESR)] --- V5
    end

    subgraph LOGIC["Traitement"]
        ESP[ESP32-C3 supermini<br/>deep sleep ~5 µA<br/>LED d'alim dessoudée]
        GNSS[u-blox MAX-M10N<br/>veille ~15 µA BBR]
        LS[Level shifter<br/>3,3 vers 5 V]
    end

    subgraph SAT["Liaison satellite"]
        RB[RockBLOCK 9603<br/>pic TX 450 mA / veille 100 µA]
    end

    ANTG([Antenne GNSS<br/>déportée, plan de masse]) --- GNSS
    ANTI([Antenne Iridium<br/>patch]) --- RB

    %% Distribution d'énergie
    VBAT -->|3,6 V - 100 µF| ESP
    VBAT -->|3,6 V| GNSS
    V5 -->|5,0 V| RB

    %% Signaux logiques
    GNSS <-->|UART NMEA/UBX| ESP
    ESP <-->|UART AT+SBDIX| RB
    ESP -->|OnOff| LS
    LS -->|OnOff 5 V| RB

Lecture : le rail VBAT 3,6 V (sortie de l'ORing des deux LSH20) alimente directement l'ESP et le GNSS ; seul le RockBLOCK passe par le boost 5 V, où la supercap encaisse le pic de 450 mA. Les liaisons UART et le pilotage OnOff (via level shifter) sont les seuls signaux logiques.

Composants¶

Bloc	Référence	Rôle
MCU	ESP32-C3 supermini	Séquencement, deep sleep, timer interne
GNSS	u-blox MAX-M10N (repli MAX-M10S)	Position, recale l'horloge sur l'UTC
Satellite	RockBLOCK 9603 + câble Molex	Transmission SBD, jamais coupé
Batterie	2× Saft LSH20 en parallèle	3,6 V / 26 Ah / 94 Wh
Conversion	Boost 5,0 V faible Iq + supercap 10 F	Encaisse le pic de 450 mA
Protection	2× Schottky ORing + level shifter	Redondance, anti-recharge, pilotage OnOff 5 V

Bilan énergétique¶

Chiffres constructeur : RockBLOCK TX réussie 2,8 A·s / TX échouée 3,8 A·s / sleep 100 µA ; MAX-M10N < 25 mW en fix, ~15 µA en software backup ; ESP32-C3 ~22 mA actif, ~5 µA deep sleep.

Config	Conso/an	Autonomie (94 Wh)
Latch, MCU coupé (abandonné)	~29 Wh	~3,2 ans
Deep sleep, LED dessoudée	~29 Wh	~3,2 ans
Deep sleep, LED laissée	~80 Wh	~1,2 an

Le geste le plus rentable du projet : dessouder la LED d'alimentation de la supermini (~1,5 mA → 51 Wh/an). 20 secondes de fer à souder = +2 ans d'autonomie. Plus rentable que d'ajouter des piles.

Note

Le latch coupé n'économise que les ~5 µA du MCU (soit ~0,16 Wh/an) ; il tombe donc au même niveau que le deep sleep. C'est bien ce qui a motivé son abandon — l'ancienne valeur de 21 Wh reposait sur des hypothèses de veille différentes.

Choix de la batterie¶

Chimie	Cellule	Énergie	Temp.	Auto-décharge	Verdict
Li-SOCl₂ spiralée	Saft LSH20 (D)	47 Wh	−60/+85 °C	<1 %/an	★ Retenu
Li-SOCl₂ bobine	LS33600, TL-5930	60–68 Wh	−55/+85 °C	<1 %/an	Courant trop faible
Li-FeS₂	Energizer L91 (AA)	4,5 Wh	−40/+60 °C	15 ans à 90 %	Plafond thermique bas
Li-ion / LiFePO₄	18650	5–12 Wh	−20/+60 °C	2–3 %/mois	Auto-décharge rédhibitoire

La construction spiralée du LSH20 encaisse le pic de 450 mA du RockBLOCK. Deux cellules en parallèle (pas en série) pour une dégradation gracieuse : une cellule morte ne tue pas la balise.

Points de vigilance PCB¶

Découplage RockBLOCK : 1000 µF faible ESR à son entrée + supercap 10 F devant le boost — c'est ce qui absorbe le pic de 450 mA et évite le brownout de l'ESP.
100 µF au plus près de la broche 3V3 de l'ESP32-C3.
Antenne GNSS déportée, plan de masse continu entre les deux — le vrai facteur de réussite des transmissions sur une balise qui flotte à moitié retournée, plus déterminant que le choix de la cellule.
Level shifter sur OnOff du RockBLOCK (< 1 µA de fuite), sinon le modem s'éteint seul.
Schottky d'ORing entre les deux branches batterie : redondance + barrière anti-recharge (une Li-SOCl₂ rechargée part en incendie).
Pas de port USB sur la balise finale (caisson étanche) : prévoir un connecteur de programmation interne, accessible carte nue avant fermeture.
Dessouder la LED d'alim de la supermini (voir bilan énergétique).

Ce qu'on a abandonné (et pourquoi)¶

Idée	Raison de l'abandon
TPL5110 comme séquenceur	Période fixée par résistance, non reprogrammable (besoin de 3 h ET 30 min)
RTC RV-3028 externe	Le timer de deep sleep de l'ESP suffit, recalé par le GNSS
Latch P-MOS (coupure du MCU)	Optimise 3 % du budget ; le deep sleep à 5 µA suffit largement
ATtiny1614 / SAMD21	Pas d'USB natif ; l'ESP32-C3 est plus simple, surcoût conso marginal
Energizer L91 (Li-FeS₂)	Plafond thermique +60 °C et courant de pointe trop faible
SPOT Trace (produit fini)	Trous de couverture Globalstar en plein Atlantique

Sourcing¶

MAX-M10N affiché « no longer available » chez u-blox : vérifier la dispo réelle, replis MAX-M10S / MAX-M10M (mêmes ordres de grandeur).
Saft LSH20 : versions à pattes (LSH20-STS) ou support, jamais de soudure directe. Transport = UN3090, classe 9, interdit en avion passager.
Nordic PPK2 (~100 €) indispensable pour mesurer les µA réels : sans lui, on ne sait pas si la veille est à 30 µA ou à 4 mA — soit 2 ans d'écart.
Dépassivation Li-SOCl₂ : prévoir une routine « burn » (~100 mA / 30 s) au premier réveil après longue inactivité.

Important¶

Fausse indépendance

Si la balise partage batterie ou antenne avec le système principal, elle ne protège plus.

Exemples & sources¶

Pinta, OpenTransat 2016 : « jamais retrouvés » → l'argument pour une balise indépendante
Gortobot V2 : retrouvé aux Açores grâce à un tracker
Epsom College : tracker + Mayday
Cahier des charges interne : priorité n°1 — « on ne perd jamais le bateau en silence »