Soutenance mémoire
Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études
Etendue de l’étude
Le programme a fait le choix de se concentrer sur le transport de vrac sec intercontinental. Les spécificités de ce type de transport s’accordant particulièrement bien aux bénéfices que peut apporter une navigation autonome.
Avec une navigation sans équipage effectuée sur des voyages long principalement en haute mer, le slow steaming apporte de réels bénéfices.
Puisque l’on se focalise sur le transport de vrac sec, les marchandises périssables sont écartées et les marchandises transportées n’ont pas vocation à souffrir d’un temps de trajet allongé. De plus les surcoûts d’emplois de l’équipage dus à un temps d’embarquement plus long sont gommés du fait même de l’autonomisation. Enfin, dans le cadre de voyages internationaux, le navire est amené à naviguer principalement en haute mer, loin des zones congestionnées où les risques de collision sont plus grands.
En se focalisant sur un transport de vrac sec en haute mer, le programme européen s’assure de tirer les meilleurs résultats de son étude.
Le projet MUNIN définit le navire sans équipage tel que :
Au travers de cette définition, on remarque que l’accent est porté sur une navigation autonome, et non sur un système de guidance à distance. L’opérateur à terre n’est destiné à intervenir qu’en cas de nécessité.
Cette volonté de Munin s’inscrit dans la globalité du programme, et découle directement du champ d’application qui a été donné à l’étude. En effet, en axant l’étude de la navigation autonome sur un navire destiné à voyager principalement en haute mer, la navigation autonome est plus adéquate qu’une navigation à distance. Le projet Munin doit prendre en considération les faiblesses de la couverture satellite sur certaines zones, notamment en haute mer, ainsi que les coûts de communication relativement élevés dans certaines zones qui supprimerait toute attractivité du projet de navire autonome.
Résultat de l’étude
Le projet d’étude Munin a publié l’ensemble de ses recherches fin 2015 6. Les résultats finaux mènent à la conclusion que le projet de navigation autonome et sans équipage est techniquement et technologiquement viable et faisable. Cependant, si la technologie a considérablement évolué, tel n’est pas le cas du contexte règlementaire dans lequel un navire sans équipage a vocation à exister. C’est une des questions sur lesquelles ce papier se penche afin de définir les obstacles encore en jeu face à l’introduction d’une navigation autonome commerciale.
Le projet Munin est une étude purement européenne, effectuée par des acteurs européens, et par conséquent selon un point de vue et un bagage très occidental. Mais loin sans faut d’estimer que l’Europe pourrait être le berceau de cette nouvelle révolution qui se prépare dans le monde du transport shipping. En effet, en parallèle du projet Munin, une étude similaire a été menée à l’initiative de l’Administration de sécurité maritime chinoise, la MSA, sous le nom de « Unmanned Multifonctionnal.
La technologie autonome selon MUNIN
Le projet Munin a développé un concept permettant au navire d’être opéré de manière autonome par le système à bord. L’ensemble des données relevées par les capteurs (Advanced sensor) vont être transmises au système de navigation autonome (Deep sea Navigation system) qui planifiera en conséquence la trajectoire la plus sure. Le centre de contrôle à terre (Shore Control Centre) restera en contact permanent avec le navire, afin de pouvoir intervenir en cas de nécessité grâce aux systèmes de commande à distance (Remote Manoeuvring Support System).
La capacité de connaissance situationnelle
Le module de capteurs avancés (Advanced Sensor Module) :
Ce module va permettre de mettre en relation l’ensemble des données relevées par les senseurs dont dispose le navire.
Dans le projet Munin, il n’y a pas d’innovation au regard des capteurs. L’ensemble des technologies existantes équipent le navire. Le navire va être doté de radars, lidar, AIS, caméras infrarouge… L’éventail de capteurs, dont les données seront mises en relation et analysées par le module, va permettre d’assurer une veille constante à bord du navire, et de permettre la plus large connaissance situationnelle possible.
Le système de contrôle et de surveillance des machines (Engine monitoring and control system) : Ce système vient enrichir le système de propulsion autonome et celui de la salle des machines afin de prédire les éventuelles pannes durant le voyage. En détectant la moindre faille, que ce soit une température anormale, une casse ou toute autre anormalité au regard des machines du navire, le système va pouvoir prédire les conséquences qui pourraient résulter d’un tel défaut. La transmission de l’ensemble de ces données et analyses au centre de contrôle à terre permettra au personnel à terre de connaitre par avance les risques de pannes ou d’explosion et de prévoir les maintenances à effectuer.
Le système d’efficacité énergétique (Energy Efficience System) :
Les navires autonomes et contrôlés à distance offrent de nombreuses possibilités au regard de l’optimisation de l’énergie. Ce système permettra d’optimiser la consommation du navire en fonction des besoins du navire en temps réel.
Les organes opérationnels et décisionnels
Le système de navigation autonome en haute mer (Deep Sea Navigation System) : Ce système va s’assurer que le navire suit la trajectoire préprogrammée qui aura été ordonné au navire, en considération des déviations autorisées. Le Système de navigation en haute mer permet de prendre en compte les conditions météorologiques, le trafic, afin d’ajuster la trajectoire en conséquence nonobstant la trajectoire initiale. Le système, notamment programmé pour analyser et agir selon les règles de route du règlement RIPAM assurera une navigation sécurisée.
Le support de manœuvre à distance (Remote manoeuvring support ) :
Ce système est un auxiliaire aux autres systèmes de navigation qui entrera en action pour les manœuvres plus complexes. En prédisant la trajectoire la plus sure opérationnellement, il va permettre d’éviter les collisions dans les eaux congestionnées ou dans les ports.
Le centre de control à terre – (Shore Control System – SCC) :
Le centre de controle à terre aura vocation à intervenir lorsque les systèmes du bord ne seront plus en mesure de gérer une situation avec suffisamment de sécurité. A défaut de nécessité, le navire n’aura pas besoin de faire appel à l’intervention de l’opérateur à terre puisque les systèmes du bord exploiteront seuls le navire.
Le niveau de sécurité en dessous duquel l’intervention du centre à terre devient nécessaire a été déterminé en fonction de l’enveloppe opérationnelle qui regroupe les facteurs relatifs au temps, aux vagues, au trafic, ou encore à la visibilité.
En cas d’urgence, le navire activera le mode « fail to safe » 8et la navigation sera directement transmise à l’ONSE, l’opérateur à terre du navire sans équipage depuis le Centre de control à terre.
Le système interactif de maintenance – (maintenance interaction system) :
A l’heure actuelle la maintenance est totalement opérée par l’équipage. Le projet MUNIN a donc dû développer un système de maintenance à distance, avec la mise en place de nouveaux processus afin de permettre au navire de continuer son voyage, même en cas de problème technique à bord. La maintenance sera donc opérée par un technicien à terre depuis le centre de controle, grâce aux fonctions interactives du système de bord.
Dans le concept MUNIN, on se fît au personnel à terre agissant depuis le SCC pour gérer les situations complexes. Les systèmes à bord n’étant capable d’exploiter le navire de manière autonome que dans les limites des situations préprogrammées.
Le projet AAWA reprend le même schéma d’autonomie technologique mais se concentre sur une navigation différente.
Le concept de navire autonome selon AAWA
Cet autre étude a également joué un rôle important dans l’avènement des navires autonomes. La compagnie Rolls Royce, a exprimé son très fort intérêt dans le transport maritime autonome et projette de présenter son premier navire autonome à l’horizon 2018 afin d’effectuer les premiers tests dans les eaux norvégiennes. Rolls Royce prédit l’introduction des navires contrôlés à distance et autonome dans les eaux costales pour 2025, et l’exploitation de navire pleinement autonome dans les eaux internationales en 2030.
Rolls Royce s’est associé à de nombreux acteurs maritimes tels que des sociétés de classification, des universitaires, des designers, des équipementiers, afin de mener et de diriger le projet finlandais AAWA – Advanced Autonomous Waterborne Applications9. Ce projet, fondé par TEKES, l’agence finlandaise de recherche pour la technologie et l’innovation a examiné le contexte actuel de l’industrie maritime.
Ce projet s’articule autour de l’étude de la prochaine génération de navire, au regard des aspects technologiques, légaux, et économiques.
Les résultats de cette étude ont pour objectifs de révéler les spécificités de la navigation autonome, et de présenter les premiers designs et prototypes de navires de commerce autonomes.
Le domaine d’application du projet AAWA se concentre sur les opérations côtières dans un premiers temps, car il estime que la technologie sera pertinente sur le segment maritime à courte distance, tant que le cadre légal international n’aura pas été adapté à une navigation autonome internationale.
Le projet AAWA s’est grandement inspiré de l’industrie de l’aviation qui a déjà connu la révolution de la navigation autonome, bien que les universitaires travaillant sur l’étude reconnaissent que les défis à relever dans le milieu marin sont largement plus larges que ceux qui se posaient dans le secteur aérien.
Rolls Royce travaille à la conception d’un navire autonome et prévoit de faire naviguer un navire entièrement autonome en mer Baltique d’ici une dizaine d’années.
Les autres partenaires du projet AAWA travaillent également activement sur la conception de ces navires.
C’est le cas de la société de classification finlandaise DNV GL. La société de classification, qui avait introduit en 2013 le projet Revolt, a présenté il y a peu son premier prototype de navire autonome.
Le projet ReVolt visait à élaborer un navire d’environ 60m de long, capable de naviguer sans équipage à son bord et sans émission de gaz grâce à ses systèmes de batteries.
Egalement, Yara et Kongsberg ont fourni un parfait exemple de l’utilisation du concept de navire sans équipage dans le futur. Le projet de YARA et Kongsberg est de déployer le premier navire entièrement autonome et électrique à l’orée 2018.
Le navire nommé Yara Birkeland débutera sa navigation avec un équipage à son bord. Les fonctions et responsabilités de l’équipage seront peu à peu transférées au système bord en vue d’atteindre en 2019 une navigation opéré à distance, puis entièrement autonome en 2020.
Bien que son champ d’exploitation soit relativement restreint, ne concernant qu’une exploitation dans les fjords norvégiens selon une route définie, il va permettre d’ouvrir la voix aux porte-conteneurs de plus grande envergure, et de réaliser les premiers tests de la technologie élaborée pour le navire sans équipage.
La technologie autonome élaborée par le projet AAWA
Le projet AAWA a développé un système complet d’autonomisation, en s’appuyant sur les technologies existantes en la matière.
La principale question sur laquelle s’est attardée le projet, a été de définir la meilleure combinaison technologique en vue d’atteindre le niveau de performance et de sécurité nécessaire à l’exploitation d’un navire de commerce, tout en maintenant un coût d’investissement et d’exploitation raisonnable.
Le concept AAWA est basé sur la mise en relation des systèmes de connaissance situationnelle, de prévention des abordages, de planification de trajectoire et de l’état du navire. L’ensemble des données qui vont être collectées par les différents capteurs et systèmes vont être analysées par le système de navigation autonome (ANS), lui-même en relation avec le système de positionnement dynamique de Rolls Royce, afin de permettre au navire de définir la meilleure trajectoire et d’avoir la connaissance la plus large possible de l’environnement dans lequel il évolue.
Les systèmes d’analyse des données cinématique et dynamique
Le module de planification de trajectoire « Route planning » :
Ce module RP va permettre de définir la trajectoire du voyage du point de départ à son point d’arrivée, grâce à des repères de balisage.
Ce module est l’équivalent technologique du plan de voyage établit par l’équipage d’un navire traditionnel. Le module RP va déterminer la trajectoire, le cap, ainsi que la vitesse du voyage.
Le module de prévention des abordages « Collission avoidance ».
Le module de prévention des abordage – CA – va permettre d’assurer la sécurité du voyage en évitant les obstacles et les risques de collision. Sur la base du module de planification de trajectoire RP, le module CA va pouvoir dévier la trajectoire prédéfinie en fonction des risques de collisions qu’il détectera.
Les deux principales fonctionnalités de ce module sont d’une part d’évaluer les risques de collision et d’autre part de permettre au navire de naviguer en toute sécurité, autant dans les zones congestionnées qu’en haute mer.
Le module de connaissance situationnelle « situational awareness »
Le module SA, toujours relié à l’ensemble des capteurs, est plus global dans sa fonctionnalité. Son rôle va être de collecter l’ensemble des données fournies par les capteurs du navire, de les mettre en relation et d’en extraire les informations déterminant l’environnement dans lequel le navire évolue.
Dans la technologie des navires autonomes, ce module est sans aucun doute le plus important car c’est lui qui va permettre de faire une synthèse et de tirer les informations utiles à la navigation intelligente du navire.
Afin de garantir une perception optimale de la connaissance situationnelle, Le projet AAWA compile l’ensemble des technologies de capteurs disponibles : Les radars, les caméras haute définition, l’imagerie thermique, et les Lidars.
Les systèmes opérationnels et décisionnels
Le Système de navigation autonome. (Autonomous system navigation) :
Le système de navigation autonome ou ANS prend en compte différentes données afin d’élaborer une architecture complète de la navigation.
L’ANS va combiner les systèmes de positionnement dynamique, de plan de route, de prévention des abordages, et de connaissances situationnelles.
Les niveaux les plus élevés d’ANS mettent en relation et analyse l’ensemble de ces données afin de déterminer la situation du navire.
La situation du navire permettra quant à elle de déterminer automatiquement le mode opérationnel auquel le navire sera soumis entre les modes autonome, contrôlé à distance, ou le mode sécurité (« fail-to-safe »).
Le système de positionnement dynamique « Dynamic positioning »
Le système de positionnement dynamique ou DP va permettre au navire de maintenir automatiquement son cap ou sa position en réglant automatiquement ses propulseurs et gouvernails. Combiné à des données relatives au positionnement en temps réel du navire issu du système satellite de navigation globale, et à l’aide des capteurs de vent, le navire va être capable de maintenir sa position et ce même dans des mauvaises conditions météorologiques.
Le système moderne de DP tel que celui élaboré par Rolls Royce permet également au navire de se maintenir en vitesse réduite. Cela est bienvenue dans le projet de navigation autonome puisque le slow steaming fait partie des enjeux de la navigation autonome comme nous le verrons dans le second Titre de cette Partie.
En collectant les données relatives à la capacité de manœuvrabilité du navire, le DP va pouvoir déterminer le trajet prévisionnel du navire.
De plus, les données relatives aux contraintes dynamiques que subi le navire vont être transmises au module de prévention des abordages afin de permettre l’élaboration de la trajectoire la plus sure possible.
Le centre de contrôle à terre.
Rolls Royce a récemment publié son futur projet de centre de control à terre. Au sein de ce centre, Rolls Royce estime que 7 à 14 personnes seront suffisantes pour gérer la surveillance, le contrôle, la maintenance des navires autonomes qui navigueront tout autour du globe.
Le centre de contrôle présenté met à disposition des opérateurs à terre des écrans interactifs, des systèmes de reconnaissance vocal, des hologrammes et des drones de surveillance afin de surveiller l’environnement des navires. Un tel concept ressemble quelque peu aux dernières affiches de film de science-fiction, mais ce projet est en passe de devenir la réalité.
En définitive, le concept général de navire sans équipage s’articule autour de trois grands composants :
– Un ensemble de capteurs relevant un large éventail de données sur l’environnement du navire,
– Des systèmes d’analyse et de navigation autonome capable de mettre en relation l’ensemble des données collectées et de calculer la meilleure trajectoire.
– Un système de communication bord/terre.
On remarque surtout que les différents projets se basent sur des technologies existantes. Il n’y a pas de grandes innovations technologiques, le véritable enjeu du navire autonome étant basé sur la façon de mettre en relation l’ensemble de ces technologies existantes, afin de permettre une parfaite et complète autonomie.
La conclusion de cette étude du concept de navire autonome tel que développé par les principaux acteurs est donc que technologiquement, le navire sans équipage est déjà une réalité.
La question qui va alors se poser va être de délimiter et de déterminer le contexte dans lequel le navire sans équipage va être mis en œuvre.
|
Table des matières
I. Introduction
II. Matériels et méthodes
1. Protocole d’étude
2. La population étudiée
3. Les variables mesurées
4. Le recueil de données
5. L’analyse statistique
III. Les résultats
1. La description de la population étudiée
2. Les résultats principaux en analyse univariée
3. Les résultats de l’analyse multi-variée
IV. Analyse et discussion
V. Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
Télécharger le rapport complet
