Approches pour ajouter de la continuité au routage maritime

Optimiser la navigation est un enjeu majeur pour réduire l’empreinte carbone du transport maritime. Grâce aux réglementations de l’OMI et au développement de la propulsion par le vent, le secteur est en mutation.Le routage maritime vise à minimiser un ou plusieurs objectifs en optimisant un ou plusieurs contrôles (cap, vitesse, puissance, etc.), tout en considérant des conditions environnementales dynamiques et en respectant des contraintes opérationnelles.La principale difficulté réside dans la continuité de l’espace de recherche, multidimensionnel (espace, temps et coûts). Plusieurs approches existent, basées sur des techniques de discretisation différentes, mais sont souvent spécifiques à un cas d’application. Par exemple, le routage de voiliers minimise la durée en optimisant la route, tandis que les navires de commerce adaptent leur vitesse pour réduire la consommation, tout en ayant une durée de voyage prédéfinie. Avec l’arrivée de la propulsion par le vent et l’exigence accrue en termes de réduction de consommation, il y a un besoin de méthodes plus performantes et plus polyvalentes.C’était l’objectif principal de ce doctorat : travailler sur la polyvalence pour proposer des méthodes de routage pertinentes pour tout type de propulsion et de cas d’application.Un travail particulièrement poussé a été mené sur les techniques de discretisation afin d’ajouter de la continuité dans les méthodologies de routage. Tout d’abord, en s’appuyant sur les graphes, puis en travaillant sur la méthode des isochrones.Plus précisément, les algorithmes de graphes proposés considèrent plusieurs variables de contrôle et n’ont aucune restriction sur le type de graphe. Ils sont basés sur une discretisation spatiale, mais n’ont pas de discretisation prédefinie de l’espace des coûts, et permettent d’effectuer de l’optimisation multi-objective pour tout type de propulsion.Une étude permettant de comparer les performances à l’état de l’art et de quantifier l’impact de la discretisation sur la qualité des résultats a été menée, soulignant que l’approche proposée était efficace et générait des réductions de consommation additionnelles. Nous avons aussi montré la pertinence de l’optimisation simultanée de plusieurs contrôles, pour les navires conventionnels mais surtout pour les navires hybrides.Concernant les isochrones, cette méthode, largement utilisée dans le routage de voiliers, n’avait à notre connaissance pas de garantie d’optimalité associée. Nous avons donc travaillé sur ce sujet et proposons un algorithme d’isochrone avec sa preuve associée, ainsi qu’une méthodologie pour considérer les contraintes dynamiques. Des résultats préliminaires sont présentés.Les algorithmes basés sur les graphes permettent de considérer plusieurs contrôles et objectifs, mais nécessitent une discretisation spatiale prédefinie. La méthode des isochrones s’en affranchit, mais ne peut considérer qu’un objectif et un seul contrôle. Un travail naturel a été de coupler ces deux approches, et nous proposons un algorithme basé sur les graphes mais modélisant l’espace des coûts de manière continue.Cette thèse étant effectuée avec D-ICE Engineering, une attention particulière a été portée pour avoir des algorithmes pertinents et utilisables opérationnellement. Nous présentons de nombreux cas d’usage concrets, pour illustrer la variabilité des applications du routage maritime, à terre comme en mer. Nous soulignons que l’optimisation de la route n’est qu’une partie du processus, et n’a de sens que si elle est associée à une analyse météorologique poussée et à une bonne compréhension de la stratégie de routage.Associé à la propulsion par le vent et avec une bonne intégration des contraintes opérationnelles, le routage maritime permet de contribuer fortement aux enjeux de décarbonation du secteur maritime. Comme nous le soulignons dans cette thèse, les choix algorithmiques impactent fortement les économies possibles, et beaucoup de défis restent à soulever.