Mohamed CISSOUMA

Les jumeaux numériques dans le monde maritime En filigrane Les jumeaux numériques transforment la mer en un espace de données où chaque navire, chaque port, possède désormais son reflet virtuel Leur usage redessine les contours de la navigation, de la maintenance et de la décarbonation, faisant du virtuel un partenaire stratégique du réel En reliant données, intelligence artificielle et simulation, ils offrent un contrôle prédictif inédit, capable d’anticiper les pannes ou d’optimiser les routes maritimes Mais leur puissance repose sur une matière fragile : la fiabilité des informations qui les nourrissent et la solidité des modèles qui les animent Derrière le miroir numérique, subsistent des questions humaines et éthiques : qui gouverne ces doubles digitaux, qui en garantit la sécurité et jusqu’où peut-on déléguer la décision à la machine ? Un jumeau numérique est une représentation virtuelle d'un objet, d'un système ou d'un processus réel. Il est créé en utilisant des données en temps réel ou historiques, des modèles mathématiques et des algorithmes pour simuler le comportement et les caractéristiques de l'objet réel. Le jumeau numérique peut être utilisé dans divers domaines tels que l'industrie manufacturière, l'ingénierie, la santé, les transports, etc. Il permet de surveiller, de prédire et d'optimiser les performances de l'objet réel en fournissant des informations précises et en temps réel sur son état, son fonctionnement et son environnement.                             Les jumeaux numériques offrent trois avantages majeurs : la réduction des coûts, une sécurité améliorée et la reproductibilité. Ils peuvent être utilisés pour prédire des scénarios, mais également servir à former des personnes en toute sécurité. Dans le domaine maritime, les jumeaux numériques ont de multiples cas d'utilisation que nous discuterons tout au long de cet article.  Les jumeaux numériques peuvent être utilisés pour surveiller et gérer différents aspects des navires, des ports et des opérations maritimes. Voici quelques exemples de jumeaux numériques qui évoluent dans le temps et reflètent l'état changeant de leurs homologues physiques dans l'industrie maritime : Surveillance des performances des navires : Les jumeaux numériques des navires collectent des données en temps réel sur des paramètres tels que la vitesse, la consommation de carburant, les performances des moteurs et les conditions environnementales. En comparant les données de performance du jumeau numérique avec le navire physique, les opérateurs peuvent optimiser l'efficacité énergétique, prédire les besoins en maintenance et garantir le respect des réglementations environnementales. Nous vous proposons cet exemple pratique : Un cas de jumeau numérique pour le routage en temps réel des navires prenant en compte la conformité réglementaire en matière de décarbonation.  Dans cet exemple, on utilise la technologie des jumeaux numériques pour faciliter l'évaluation en temps réel de la conformité réglementaire en matière de décarbonation dans le routage des navires. Cette approche se focalise sur la surveillance en temps réel de l'intensité de l’émission du carbone des navires et l'identification de stratégies potentielles pour atténuer les risques opérationnels liés aux objectifs de décarbonation. En exploitant des données environnementales et opérationnelles à jour, l'approche du jumeau numérique améliore la précision de l'estimation de la probabilité qu'un navire spécifique se conforme aux réglementations tout au long de son voyage. Cet exemple offre une approche proactive et axée sur les données pour soutenir les efforts de décarbonation de l'industrie maritime.                                                                                                      Gestion des opérations portuaires : À partir des données du jumeau numérique on peut surveiller les opérations portuaires, y compris le trafic des navires, les mouvements de conteneurs et l'utilisation des postes d'amarrage. À mesure que le port connaît des changements dans les arrivées de navires, les volumes de cargaison ou les améliorations d'infrastructure, le jumeau numérique s'adapte pour refléter les conditions changeantes. Cela permet une optimisation en temps réel des ressources, une allocation efficace des postes d'amarrage et une amélioration de la planification logistique au sein du port. Voici un exemple pratique : Une approche basée sur le jumeau numérique pour optimiser la consommation d'énergie lors des opérations de manutention de conteneurs automatisées. Cette approche propose d'utiliser la technologie des jumeaux numériques pour optimiser la consommation d'énergie d'une grue de gerbage automatique (GGA) impliquée dans les opérations de manutention de conteneurs. L'approche consiste à développer une aire virtuelle de conteneurs qui se synchronise avec l'aire physique de conteneurs dans le système de jumeau numérique dans un terminal à conteneurs automatisés, à des fins d'observation et de validation. Un modèle mathématique est ensuite établi pour minimiser la consommation d'énergie globale nécessaire pour accomplir toutes les tâches.                                                                                                       Les jumeaux numériques basés sur des techniques d'intelligence artificielle. La construction d'un jumeau numérique en utilisant des techniques d'intelligence artificielle (IA) peut être plus appropriée dans les scénarios suivants : Grande complexité : L'IA peut être bénéfique lorsqu'il s'agit de systèmes très complexes qui impliquent de nombreuses interactions et interdépendances. En utilisant l'IA, il devient possible de modéliser et de simuler ces interactions complexes de manière plus précise. Données hétérogènes : Lorsque des données provenant de sources diverses avec des formats, des structures et des résolutions variables sont nécessaires pour construire le jumeau numérique, l'IA peut traiter et intégrer efficacement ces données hétérogènes, on parle alors de modèles multimodaux.  Adaptation dynamique : Si le système réel nécessite une adaptation en temps réel en fonction des conditions environnementales ou opérationnelles changeantes, l'IA permet au jumeau numérique de prendre des décisions de manière autonome et d'ajuster ses paramètres en conséquence. Nous vous proposons cet exemple pratique : Les jumeaux  numériques dans les systèmes de transport intelligents  La gestion du trafic dans les zones urbaines et les zones maritimes à fort trafic reste une préoccupation majeure. Traditionnellement, les centres de contrôle ont été utilisés pour relever ces défis, mais ils nécessitent maintenant une modernisation grâce à l'incorporation de jumeaux numériques et d'intelligence artificielle (IA). La mise en œuvre de systèmes de transport intelligents (ITS) offre une solution aux principaux problèmes rencontrés dans les réseaux de transport tout en facilitant leur développement. En utilisant des jumeaux numériques avec le modèle de notation ArchiMate, nous pouvons optimiser la distribution des flux de trafic dans le réseau dans le temps et l'espace.                                                                                                                                                                                                                  Les Limites des Jumeaux numériques… Les jumeaux numériques ont gagné en attention et en popularité dans diverses industries, offrant la possibilité d'améliorer les capacités de conception, de simulation et d'analyse. Ces répliques virtuelles d'actifs physiques permettent une surveillance en temps réel, une maintenance prédictive et une optimisation des performances. Cependant, comme toute avancée technologique, les jumeaux numériques ont aussi leurs limites, tant en théorie qu'en pratique. Dans cette partie, nous explorerons les inconvénients et les défis potentiels associés aux jumeaux numériques, en mettant en évidence des exemples spécifiques où ces limites ont été observées dans des scénarios réels. En comprenant ces limites, nous pouvons obtenir une perspective complète sur les avantages et les considérations de l'utilisation des jumeaux numériques dans le monde maritime.  Précision et fiabilité des données : L'efficacité des jumeaux numériques dépend fortement de la précision et de la fiabilité des données utilisées pour les créer et les mettre à jour. Des données incomplètes, obsolètes ou inexactes peuvent entraîner des divergences entre le jumeau numérique et le système réel, ce qui a un impact sur la fiabilité des prédictions et des analyses.  Complexité du modèle et hypothèses : L'élaboration d'un jumeau numérique précis nécessite souvent des simplifications et des hypothèses sur le système réel. Toutefois, ces hypothèses ne se vérifient pas toujours dans la pratique, ce qui entraîne des disparités entre les prévisions du jumeau numérique et le comportement réel du système. Exigences informatiques : La mise en œuvre et la maintenance d'un jumeau numérique peuvent nécessiter des ressources informatiques importantes, en particulier pour les systèmes complexes ou les techniques de simulation avancées. Cette exigence pourrait limiter l'évolutivité et l'accessibilité, en particulier dans les environnements où les ressources sont limitées. A cela on peut également ajouter la connectivité des navires en mer, un système satellite est nécessaire pour assurer une bonne fréquence des datas.  Les trois limites susmentionnées peuvent être illustrées par l'exemple ci-dessous :  « l'utilisation de données incomplètes ou mal utilisées peut avoir de graves conséquences. Un exemple concret de cette situation s'est produit lors du crash de deux avions Boeing 737 MAX. Il semble que des jumeaux numériques aient été utilisés pendant le processus de construction pour apporter des modifications à ces avions. Cependant, il est possible qu'une divergence entre les données utilisées dans les simulations et les données réelles ait contribué à ces accidents ». Défis en matière d'intégration : L'intégration de données provenant de sources et de systèmes divers pour créer un jumeau numérique complet peut présenter des difficultés. La diversité des formats de données, des normes et des protocoles entre les systèmes nécessite des processus d'intégration des données complexes et fastidieux. Considérations de coût et de temps : La création et la maintenance d'un jumeau numérique entraînent des coûts importants, notamment pour l'acquisition de données, le déploiement de capteurs, le développement de logiciels et la maintenance continue. En outre, la collecte, le traitement, la modélisation et la validation des données prennent beaucoup de temps. Préoccupations en matière de protection de la vie privée et de sécurité : La saisie et l'analyse de données en temps réel qu'impliquent les jumeaux numériques posent des problèmes de confidentialité et de sécurité. La protection des données sensibles, le respect de la vie privée et la protection contre la cybercriminalité sont autant d'éléments qui doivent être pris en compte dans la conception des jumeaux numériques. Facteurs humains et expertise : Bien que les jumeaux numériques fournissent des informations précieuses, l'interprétation et l'expertise humaines sont essentielles pour tirer des conclusions significatives et prendre des décisions éclairées. L'élément humain est essentiel pour comprendre le contexte, interpréter les résultats et appliquer les connaissances du domaine afin d'exploiter pleinement le potentiel des jumeaux numériques. Il est important de noter que les limites spécifiques peuvent varier en fonction de l'application et de la mise en œuvre des jumeaux numériques. Des difficultés peuvent survenir lors de l'intégration de données provenant de sources disparates, de la gestion de systèmes existants dépourvus d'interfaces normalisées ou de la gestion de grands volumes de données en temps réel. En outre, les problèmes liés à la qualité des données, à la fiabilité des capteurs et à la nécessité d'un étalonnage et d'une maintenance continus peuvent avoir une incidence sur la précision et l'efficacité des jumeaux numériques dans la pratique.  Les jumeaux numériques peuvent permettre aux opérateurs de surveiller et de piloter les navires à distance, d'optimiser les performances, de prévoir les pannes et de prendre des décisions éclairées en temps réel. L'automatisation basée sur les jumeaux numériques offre également la possibilité de réduire la dépendance à l'égard de la main-d'œuvre humaine, d'augmenter l'efficacité opérationnelle et de minimiser les risques d'erreur. Les smart-ships représentent ainsi une nouvelle ère dans l'industrie maritime, ouvrant la porte à des opérations plus smarts, plus sécurisées et plus durables. Références Diego M. Botín-Sanabria,  Adriana-Simona Mihaita,  Rodrigo E. Peimbert-García, Mauricio A. Ramírez-Moreno, Ricardo A. Ramírez-Mendoza,  Jorge De J. Lozoya-Santos (2022).   Digital Twin Technology Challenges and Applications: A Comprehensive Review, Remote sensing, 14(6), 1335. https://doi.org/10.3390/rs14061335 Dimitrios Kaklis , Iraklis Varlamis , George Giannakopoulos , Takis J. Varelas , Constantine D. Spyropoulos. Enabling digital twins in the maritime sector through the lens of AI and industry 4.0 . ELSEVIER B.V. Volume 3, Issue 2, November 2023, 100178. https://doi.org/10.1016/j.jjimei.2023.100178 Michaela Ibrion1, Nicola Paltrinieri and Amir R. Nejad (2019).  On Risk of Digital Twin Implementation in Marine Industry: Learning from Aviation Industry, Conference Series, Volume 1357.  https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1357/1/012009 Mr.  Volker Bertram, DNV, 2023-EMM-402 Safe Shipping – Safety and Technology, World Maritime University.  Qikun Wei , Yan Liu , You Dong , Tianyun Li , Wei Li. A digital twin framework for real-time ship routing considering decarbonization regulatory compliance. ELSEVIER B.V.  Volume 278, 15 June 2023, 114407. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.114407 Rudskoy A, Ilin I, Prokhorov A (2020). Digital Twins in the Intelligent Transport Systems, ELSEVIER B.V. Volume 54, 2021, Pages 927-935. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.02.152 Yinping G , Daofang C , Chun-Hsien C (2023). A digital twin-based approach for optimizing operation energy consumption at automated container terminals. ELSEVIER B.V, Volume 385, 135782. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135782

Imaginez-vous dans un navire sans équipage : Navires autonomes / Smartships En filigrane Les navires autonomes symbolisent une nouvelle ère maritime, où la technologie redéfinit les frontières du possible et questionne la place de l’humain en mer L’absence d’équipage pose des défis juridiques et éthiques majeurs, notamment sur la responsabilité en cas d’accident ou de pollution L’automatisation accrue risque de bouleverser le marché du travail maritime, déjà fragilisé par la numérisation et la délocalisation des emplois La sécurité des données et la cybersécurité deviennent des priorités absolues, car un navire sans capitaine reste vulnérable face aux attaques informatiques Derrière la prouesse technologique, c’est la souveraineté maritime qui se joue : qui contrôle, surveille et protège ces flottes invisibles ? On pourrait croire à une fable de science-fiction, et pourtant, ce monde est déjà là. Des coques blanches glissent sur les flots sans capitaine, pilotées par des algorithmes capables d’éviter les tempêtes, d’ajuster leurs trajectoires et d’optimiser chaque mouvement. Ces bâtiments nouvelle génération, appelés navires sans équipage ou smartships, incarnent une prouesse technologique inédite. Conçus pour naviguer sans intervention humaine directe, ils s’appuient sur un réseau de capteurs, de caméras, de logiciels intelligents et de systèmes de communication avancés qui leur permettent de percevoir leur environnement, d’analyser les données marines en temps réel et de prendre des décisions autonomes avec une précision millimétrée. Loin des ports et des phares, la mer devient un territoire numérique où les données remplacent les cartes et où les satellites veillent à la place des marins. Ces navires dits autonomes promettent efficacité, sécurité et réduction des coûts, mais soulèvent aussi des interrogations vertigineuses sur la responsabilité, la sécurité et l’emploi maritime. Que devient le rôle de l’humain lorsque la machine prend la barre ? La question n’est pas seulement technologique, elle est philosophique, sociale et profondément politique. L’avènement de ces navires intelligents marque un tournant dans l’histoire maritime. En combinant intelligence artificielle, automatisation et connectivité globale, ils redéfinissent les contours de la navigation contemporaine. L’industrie y voit une opportunité de réduire les coûts d’exploitation, d’améliorer la sécurité des opérations et de limiter les émissions polluantes. Pourtant, cette transformation ne se déploie pas sans heurts. Elle exige une réécriture complète des codes maritimes et une adaptation des mentalités face à l’idée d’un océan gouverné par des algorithmes. Les lois du large : la réglementation cherche son cap Un des premiers écueils réside dans la réglementation. Le droit maritime international repose encore sur la présence d’un capitaine à bord et sur la responsabilité directe de l’équipage. Or, comment définir la faute ou la responsabilité lorsqu’une décision est prise par un système autonome ? Faut-il considérer le concepteur du logiciel, l’armateur ou l’opérateur à terre ? La mer, espace sans frontières, devient aussi un espace sans précédent juridique. Les tempêtes invisibles : la sécurité à l’épreuve du numérique A l’instar de l’impératif réglementaire, les navires autonomes doivent être équipés de dispositifs de protection sophistiqués pour prévenir les collisions, éviter les dangers naturels et contrer les menaces cybernétiques. Le piratage informatique représente une nouvelle forme de corsairisme où l’ennemi ne brandit plus de sabre, mais un code. À cela s’ajoutent les risques classiques de l’incendie, de la piraterie physique et des opérations de recherche et de sauvetage en mer. La sécurité, qu’elle soit numérique ou humaine, demeure la clé de voûte de cette révolution maritime. Les hommes de la mer face à la machine : réinventer les métiers maritimes La montée en puissance des navires autonomes bouleverse le rôle des marins. Moins nombreux à bord, ils devront acquérir de nouvelles compétences centrées sur la maintenance des systèmes et la supervision des opérations à distance. Le savoir-faire maritime se transforme, passant de la maîtrise du vent et des voiles à celle des algorithmes et des interfaces. La mer reste un espace d’apprentissage, mais les outils du marin du XXIᵉ siècle ne seront plus les mêmes. Le code et la boussole : quand l’intelligence artificielle prend la barre Malgré ces défis, l'industrie maritime est en train de prendre le virage vers les navires autonomes. Des entreprises telles que Rolls-Royce, Kongsberg et Wärtsilä ont déjà lancé des projets de navires autonomes, et les grandes compagnies de transport maritime commencent à investir dans cette technologie.  D’un autre côté certaines sociétés de classification ont établi des notations additionnelles pour les navires. Ces notations permettent d’identifier le degré d’autonomisation du navire pour un système bien précis.  Par exemple chez Bureau Veritas, on définit le degré d’automatisation (table 1) comme étant le degré de décision qui a été transférée de l’homme au système. Ainsi on dira qu’un système est A0 lorsque l’humain prend toutes les décisions et contrôle toutes les fonctions du système,  et d’un autre côté un système est A4 lorsqu’il invoque des fonctions sans en informer l’homme, sauf en cas d’urgence. Le système n’attend pas de confirmation, l’homme n’est informé qu’en cas d’urgence. D’où le navire autonome.  Les navires autonomes fonctionnent sur la base des systèmes smart.  Ces systèmes sont des solutions numériques conçues pour traiter les données des navires et favoriser une exploitation durable, efficace et sûre.  Ces solutions numériques reposent sur deux éléments : a) L'infrastructure de données qui permet de collecter les données, de les rendre accessibles à de multiples consommateurs et de maintenir le contrôle du trafic de données.  b) Un logiciel conçu pour remplir une fonction smart optimisant l'utilisation des systèmes embarqués existants à l'aide d'algorithmes basés sur la physique, les données et des modèles hybrides. Il est temps d’imaginer un futur où les navires sans équipage voguent en harmonie avec l’océan, où la technologie s’allie à la nature pour réduire les coûts et les risques. Dans ce monde nouveau, les marins seront devenus les gardiens du numérique, les lois maritimes auront évolué, et la navigation autonome sera passée du rêve au quotidien. Le navire sans équipage n’est plus un mythe d’ingénieurs, mais une réalité en construction, une promesse de progrès qui oblige à repenser notre rapport à la mer, à la technologie et à l’humain. Sources : Site Web L’unsine Nouvelle : https://www.usinenouvelle.com/editorial/rolls-royce-devoile-un-navire-de-patrouille-autonome.N587298 Site Web de Wärtsilä : https://www.wartsila.com/media/news/16-06-2020-wartsila-comes-onboard-the-mayflower-autonomous-ship-project-2728706 Site Web de Kongsberg : https://www.kongsberg.com/maritime/ship-types/autonomous-ships/ Rapport de l'Organisation maritime internationale (OMI) : https://www.imo.org/fr/MediaCentre/HotTopics/Pages/Autonomous-shipping.aspx Étude universitaire sur les navires autonomes : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610217338008 BV NR675 - ADDITIONAL CLASS NOTATION SMART : NR675 Additional class notation SMART | Marine & Offshore (bureauveritas.com) BV NI 641 - GUIDELINES FOR AUTONOMOUS SHIPPING : NI641 Guidelines for autonomous shipping | Marine & Offshore (bureauveritas.com) BV NR 681 - UNMANNED SURFACE VESSELS (USV) : 681-NR_2022-07_3006.pdf (veristar.com)