L’Arctique est l’un des environnements les plus exigeants pour les systèmes robotiques autonomes. Le froid extrême, les paysages dépourvus de repères, les tempêtes de neige et la forte activité solaire créent des conditions qui peuvent gravement affecter la localisation, la perception, les communications et la fiabilité des véhicules.
En mars 2026, des membres de l’équipe du Norlab de l’Université Laval ont participé à la mission Nanook 2026 à la Station canadienne de recherche dans l’Extrême-Arctique (CHARS) à Cambridge Bay (Nunavut) avec notre partenaire Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC). Ce déploiement sur le terrain visait à comprendre le comportement des plateformes robotiques dans ces conditions nordiques extrêmes.
Pourquoi l’Arctique est important
Alors que les activités dans les régions nordiques continuent d’augmenter, les systèmes robotiques sont appelés à soutenir les opérations dans des environnements difficiles, coûteux et parfois dangereux pour les humains.
De plus, le déploiement de robots dans l’Arctique présente des défis uniques :
- Des températures inférieures à -50 °C
- Des vents forts et des conditions de blizzards
- Un manque de repères visuels pour la localisation
- Des effets particuliers sur les GNSS aux latitudes élevées
- Une exposition accrue à l’activité solaire et aux aurores boréales
Comprendre ces défis est essentiel pour développer des systèmes autonomes fiables, capables de fonctionner dans des environnements nordiques isolés.
Objectifs de la mission
Pour l’équipe de l’Université Laval, la mission s’est concentrée sur trois objectifs principaux :
- Évaluer un réseau d’antennes GNSS et caractériser leurs performances dans des environnements nordiques.
- Collecter des données LiDAR lors de conditions météorologiques difficiles, notamment pendant des blizzards et de l’activité aurorale.
- Rassembler des connaissances opérationnelles et des informations logistiques pour soutenir les futures missions scientifiques arctiques.
Dispositif expérimental
L’équipe du Norlab n’a pas apporté de plateforme robotique, ainsi nous avons principalement fait équipe avec Tessellate en utilisant la partie arrière du robot Beonyx. L’équipe de l’UL s’est concentrée sur la collecte de données grâce à un rack de capteurs personnalisé, qui fut déployé sur les trois plateformes robotiques disponibles sur place.
| Beonyx (Tessellate) | MTT (RDDC Valcartier) | CXT (RDDC Suffield) |
|---|---|---|
| Plateforme principale utilisée pour les expériences de navigation et de perception autonome sous diverses conditions environnementales. | Véhicule articulé mono-chenille remorquant un traîneau opéré manuellement, utilisé pour étudier l’impact de la haute vitesse. | Plateforme utilisée pour étudier les performances de perception lors d’événements météorologiques et conditions difficiles, incluant le blizzard et le froid extrême. |
Collecte de données
La collecte de données a couvert cinq environnements distincts : mer, champs et routes de glace, CHARS et espaces intérieurs. Les expériences ont été menées sous diverses conditions opérationnelles, incluant plusieurs scénarios d’éclairage comme jour, soir, nuit et lever de soleil, ainsi que des conditions météo variées incluant ciel dégagé, activité aurorale moyenne à élevée, blizzards et fortes rafales de vent.
Au total, le déploiement a permis de collecter 1,76 To de données sur 6,9 heures d’expérimentations, fournissant un ensemble de données varié capturé à travers de multiples scénarios environnementaux et opérationnels.
Observations-clés
Navigation autonome dans des environnements sans repères
L’une des expériences les plus intéressantes s’est déroulée sur la mer pendant la nuit, avec une activité aurorale modérée.
L’environnement offrait très peu d’informations visuelles, en dehors des traces laissées au sol par le véhicule. Malgré ces difficultés, la plateforme Beonyx a réussi un parcours autonome en utilisant la navigation S3Dw (Shared 3D World), sans nécessiter d’intervention manuelle des opérateurs.
Cela démontre le potentiel des approches de navigation basées sur la géométrie dans des environnements où les repères visuels traditionnels sont absents.
Expériences sur les routes de glace
Les expériences menées avec la plateforme MTT ont mis en évidence les défis mécaniques associés aux déploiements dans l’Arctique.
Le véhicule a subi d’importantes vibrations lors de ses déplacements sur les routes de glace, nécessitant une attention constante au matériel. Plusieurs vis et composants mécaniques ont dû être sécurisés en cours d’opération.
Ces observations rappellent un aspect souvent négligé de la robotique de terrain : la robustesse environnementale est tout aussi importante que les performances algorithmiques.
Conditions de blizzard et défis de perception
Les conditions les plus rudes rencontrées lors de la mission ont impliqué des vents forts et de la poudrerie avec la plateforme CXT.
Durant ces expériences :
- L’imagerie issue des caméras est devenue presque inutilisable en raison de la visibilité réduite.
- Les capteurs LiDAR ont détecté d’importantes quantités de neige en suspension dans l’air.
- Les performances de cartographie et de localisation ont été affectées par des conditions environnementales changeant rapidement.
Ces ensembles de données nous aideront à mieux comprendre comment les systèmes de perception modernes se comportent par météo hivernale extrême et comment améliorer les futurs algorithmes.
Observation inattendue : cristaux de glace en suspension
Un phénomène particulièrement intéressant a été observé au petit matin : des cristaux de glace en suspension dans l’air.
Cela a soulevé plusieurs questions de recherche :
- Les cristaux de glace affectent-ils les retours LiDAR ?
- Quelle est la fréquence de ces conditions dans les régions arctiques ?
- Leurs effets sont-ils similaires à ceux observés lors des blizzards ?
Répondre à ces questions nécessitera une analyse plus approfondie des données recueillies par les capteurs.
Conditions environnementales
Tout au long du déploiement, l’équipe a opéré sous des températures allant de −25,9 °C à −53 °C, créant d’importants défis pour les batteries, les systèmes mécaniques, l’électronique et les opérations de maintenance sur le terrain. Combinées aux contraintes de transport et aux fenêtres de déploiement limitées, ces conditions environnementales extrêmes ont eu un impact majeur sur la planification, la logistique et l’exécution globale de la mission.
Leçons apprises
La campagne a confirmé plusieurs leçons fondamentales sur le déploiement de systèmes robotiques autonomes dans les environnements arctiques. Si les objectifs techniques ont été atteints avec succès, l’expérience a également mis en lumière les réalités pratiques du travail dans l’un des milieux les plus exigeants de la planète.
La logistique est primordiale
La réussite des déploiements dans l’Arctique repose sur bien plus que les robots eux-mêmes. Le transport, l’opération des équipements et la planification minutieuse des horaires de déploiement jouent tous un rôle déterminant. Les conditions météo, l’accès limité aux services et la nécessité de déplacer le personnel et le matériel en toute sécurité deviennent rapidement les contraintes principales, rendant la logistique aussi cruciale que la préparation technique.
La robustesse du matériel est critique
Opérer à des températures atteignant −53 °C impose des exigences extrêmes aux systèmes robotiques. Les batteries voient leur capacité réduite, les composants mécaniques deviennent plus vulnérablesaux bris, et l’électronique doit résister à la fois au froid intense et aux vibrations continues durant le transport et les opérations. Ces conditions révèlent rapidement les faiblesses qui passent inaperçues lors de tests conventionnels, soulignant l’importance de concevoir du matériel spécifiquement adapté aux milieux difficilles.
La perception reste un défi ouvert
Assurer une perception fiable dans l’Arctique demeure un défi de recherche majeur. Le relief recouvert de neige manque souvent de caractéristiques visuelles distinctives, tandis que la poudrerie, les cristaux de glace et les variations rapides de luminosité altèrent les performances des caméras et des LiDARs. Le développement de systèmes de perception robustes dans ces conditions est indispensable pour permettre une navigation autonome fiable dans le Nord.
Les données réelles sont essentielles
Bien que les simulations et les expériences en laboratoire sont précieux lors du développement, ils ne peuvent pas reproduire toute la complexité des conditions de terrain en Arctique. Les déploiements réels exposent les systèmes robotiques aux effets combinés de la météo, du relief, de la température et des contraintes opérationnelles, impossibles à simuler fidèlement. Les données récoltées durant ce déploiement joueront donc un rôle clé dans l’amélioration et la validation des futurs algorithmes de perception et de navigation autonome.
Et ensuite ?
La prochaine phase du projet se concentrera sur l’analyse détaillée de :
- La performance du GNSS aux latitudes nordiques
- Le comportement du LiDAR pendant les blizzards et les bourrasques
- Les effets de l’activité solaire sur la perception et la localisation
- Les phénomènes environnementaux comme les cristaux de glace en suspension
Ces résultats aideront à orienter les futurs déploiements et contribueront au développement de systèmes robotiques plus résilients pour les opérations arctiques.
Remerciements
Cette recherche a été soutenue par Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC) dans le cadre du programme de recherche CRYOTIC.
Publications
Miscellaneous
- Brotherton, E., Gamache, O., & Pomerleau, F. (2026). Challenges of the Arctic for Robotic Systems: Overview of the Nanook Mission 2026. Colloque REPARTI, Université Laval.
Bibtex source