Pratiques et Techniques en Plaisance  | Imprimer |  Fermer la fenêtre

Le routage météo

Principe   Les applications de routage météo utilisent la méthode des isochrones. Un isochrone est une courbe représentant les points qu’un voilier peut atteindre en un temps donné. Cette courbe dépend principalement du vent prévu et de la vitesse du bateau pour la force et l’angle de vent. La vitesse du bateau est calculée à partir de courbes appelées polaires de vitesse qui donnent la vitesse du bateau pour une force de vent et un angle donné.   Historique   De tous temps, les navigateurs ont cherché à exploiter les vents et courants favorables pour optimiser leur route. En 1857, Matthew Fontaine Maury, officier de l’US Navy, publie le premier « pilot chart » de l’Atlantique nord et donne des recommandations de route en fonction des saisons pour les voiliers et les bateaux à vapeur.

En 1957, RW James de l’US Navy présente la première méthode pratique pour déterminer la route optimale dans un article intitulé « application des prévisions de vagues à la navigation maritime ». Il y introduit la méthode des isochrones. Les services de routage météo se développent alors partout dans le monde afin de router les cargos.   En 1984, pour la première fois, Brice Pryszo, fondateur de Maxsea utilise la méthode des isochrones pour router Philippe Jeantot pendant la Route de la Découverte.   Aujourd’hui, les logiciels de routage, d’abord réservés à la course, se sont démocratisés et commencent à être utilisés en croisière. On peut citer Maxsea, le précurseur qui tourne sur Mac et PC ; Adrena, logiciel très puissant utilisé par la grande majorité des régatiers qui tourne sur PC ; Et pour des budgets beaucoup plus abordables, Weather 4D Pro pour Ipod et Ipad, et SailGrib WR (weather routing) pour téléphones et tablettes Android . Ces applications sont moins puissantes mais devraient satisfaire la grande majorité des plaisanciers.

Pilot Chart de Matthew Fontaine Maury

• Algorithme de routage météo
   
  Le principe général des logiciels de routage est assez simple :
  • On connait la vitesse du bateau en fonction de la force et de la direction du vent. On dispose de prévisions météo le long du parcours.
  • On part d’un point donné à une certaine heure et on calcule les points que le bateau peut rejoindre en un temps donné. Ceci nous donne le premier isochrone.
  • En partant de chacun des points du premier isochrone, on calcule les points que l’on peut atteindre en un nouveau pas de temps. Parmi tous les points calculés, on choisit les « meilleurs » pour définir le nouvel isochrone.
  • Tant qu’on n’a pas atteint la destination, on réitère le calcul à partir des points
    définissant le dernier isochrone calculé.
     
    A partir de cet algorithme simple, on peut ajouter des tests pour ne garder que les points qui satisfont certaines conditions : ne conserver que les points en mer, limiter la vitesse et l’angle du vent, limiter la hauteur des vagues, limiter la zone de navigation. On peut aussi modifier à la volée les polaires du bateau pour introduire une notion de routage mixte à la voile et au moteur.

La précision du calcul dépend avant tout de la qualité des prévisions météo et des polaires de vitesse. Pour des questions de temps de calcul, on peut aussi jouer sur des paramètres propres à l’algorithme comme le pas de temps entre chaque isochrone, l’angle de balayage des routes à calculer, le pas angulaire entre chaque segment de route.   Par exemple, si on fait un routage entre Toulon et Ajaccio, la route orthodromique fait environ 140 nautiques. Admettons que la traversée se fasse à 6 noeuds, on calculera 23 isochrones plus le dernier point. Le tableau suivant donne le nombre de points à calculer en fonction des paramètres : pas de temps, angle de balayage et pas angulaire. On s’aperçoit que le nombre de points à calculer et donc le temps de calcul dépend très fortement de ces paramètres. Il est souvent illusoire de vouloir faire des calculs très précis avec des données initiales qui ne le sont pas.

• Fichiers Grib
  Je ne décrirai pas ici en détail ce que sont les fichiers grib et comment les obtenir . Sachez que les fichiers les plus couramment utilisés sont issus du modèle GFS calculé par la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) américaine.
  Il s’agit d’un modèle global qui couvre l’ensemble du globe. Les données sont disponibles sur une grille de 0,5 ° x 0,5 ° toutes les 3 heures, de 0 à 192 heures, puis sur une grille de 2,5° au-delà jusqu’à 384 heures (16 jours). Les données sont calculées pour 00h00, 06h00, 12h00 et 18h00 GMT. Elles sont disponibles en HH +05h00. Les paramètres disponibles sont entre autres : le vent, la pression, les précipitations, la couverture nuageuse, la température de l’air, la hauteur significative des vagues.
   
  Attention, les fichiers Grib sont des fichiers de prévisions générées par ordinateur qui sont envoyés sans contrôle humain. Rien ne garantit que les données soient exactes ou inexactes !

• Polaires de vitesse
  Les courbes polaires représentent la vitesse fond du bateau en fonction d’une vitesse de vent réel (TWS) et de son angle d’incidence (TWA) sans présence de courant ou de dérive. Les logiciels Maxsea, Adrena et SailGrib WR utilisent le même format de fichier avec une extension en « .pol ». Un fichier polaire est un fichier texte dont les données sont séparées par un blanc (ou une tabulation) et où chaque ligne représente les vitesses du bateau pour un angle de vent réel et chaque colonne représente une vitesse de vent.
   
  On définit souvent 2 types de polaires pour chaque bateau. Des polaires dites de performance et des polaires de routage. Les polaires de performance représentent les vitesses cibles à atteindre en fonction de la force et de l’angle du vent. Si vous enregistrez vos données de navigation, les vitesses cibles sont définies par l’enveloppe des enregistrements après filtrage. Les polaires de routage sont en général définies par la moyenne des enregistrements après filtrage.
   

Il est en pratique très difficile d’obtenir des polaires de bonne qualité par enregistrement des performances du bateau. Il nous faut une centrale parfaitement étalonnée, des conditions de navigation variées,… La méthode que je préconise est de partir de polaires données par les architectes et de les ajuster en fonction des enregistrements réalisés. On obtiendra alors de « jolies » polaires assez proches de la réalité.   Cet exercice prend cependant beaucoup de temps. D’une façon pratique, les logiciels de routage proposent de modifier les polaires par un coefficient de performance. On ajuste ce coefficient en comparant pour un point donné la vitesse donnée par la polaire à la vitesse réelle du bateau. Cet ajustement permet de tenir compte des performances réelles du bateau et de passer de polaires de performances à des polaires de routage.   Le logiciel SailGrib WR va un peu plus loin en ayant deux coefficients de performance : un pour les vents faibles, 10 nœuds et en dessous, et un autre pour les vents plus élevés, 20 nœuds et au-dessus. Il interpole entre les deux. On constate en effet qu’il y a souvent un écart plus important entre les performances réelles du bateau et la polaire théorique par vent faible. Un coefficient de performance autour de 70% est souvent raisonnable par vent faible. Pour des vents plus élevés, on peut approcher 80% à 90% d’efficacité plus facilement.

Un exemple de fichier polaire « .pol »

Cas pratique avec le logiciel SailGrib WR [1]

• Reprenons notre traversée en croisière entre Toulon et la Corse à bord d’un Oceanis 37. Le départ est prévu pour le Vendredi 31 mai 2013 vers 20h00. Dans un premier temps, il nous faut récupérer un fichier Grib pour la zone concernée et le charger. Je ne reviendrai pas en détail sur cette étape. Le logiciel vous permet d’ajuster les paramètres de la requête Grib et de récupérer un fichier. Faites la requête et ouvrir le grib. Dans notre exemple, j’ai chargé un fichier issu du modèle GFS avec une maille de 0.5° et un pas de temps de 3 heures.
   
  Une fois le grib ouvert, on peut regarder les cartes de prévision.

Vendredi 31 mai - 18H00 TU	Samedi 1er Juin – 06H00 TU

Nous sommes dans une situation où le Mistral et Tramontane se lèvent. Notre route semble être en bordure des vents forts. Ça ne va pas être simple à gérer… Saisissons les points de départ et de destination. Le plus simple est de faire un « appui long » sur la carte au niveau du point de départ et de choisir « Définir la position de départ ici ». Il est préférable de prendre un point à la sortie de la rade de Toulon. Faire de même pour l’arrivée en choisissant votre point d’atterrissage à l’entrée de la baie d’Ajaccio.   Une fois les points de départ et destination entrés, le logiciel dessinera l’orthodromie entre ces deux points et affichera la distance orthodromique (139 NM) ainsi que le cap loxodromique (122°).

Définissons maintenant, notre date et heure de départ. Depuis le menu « paramètres de routage", cliquez sur Date du départ et choisissez votre date dans le calendrier, cliquez ensuite sur Heure de départ et choisissez votre heure. Attention, l’heure de départ est exprimée en heure UTC, pas en heure locale. Soyez certains que l’heure de départ soit dans les limites de votre fichier grib.

Il nous faut maintenant choisir la polaire et l’ajuster par les coefficients de performance. Dans un souci de simplicité d’utilisation, le logiciel propose une liste de plus de 80 polaires. Ces polaires ont été compilées à partir de différentes sources : chantiers et architectes navals, certificats ORC,... Ce sont des polaires de performances. Elles doivent être considérées comme un point de départ et vous devez les ajuster en fonction des performances réelles de votre bateau.   Choisissons la polaire de l’Océanis 37 dont la source est le site internet de l’architecte naval Finot-Conq. Dans SailGrib WR, la polaire est reformatée et « complétée » pour des vents plus élevés.   A la lecture de cette polaire de performance, on voit par exemple que la vitesse cible à un angle de 52° pour un vent de 10 nœuds est de 6.68 nœuds, vitesse qu’il nous sera impossible de réaliser. Le bateau marchera plutôt aux alentours de 4.5 nœuds soit un coefficient de performance d’environ 70% pour des vents faibles. Pour le même angle et pour 20 nœuds de vent, la vitesse cible est de 7.5 nœuds, on peut tabler sur une vitesse de 6 nœuds soit un coefficient de 80%.

• On choisit donc la polaire de l’Oceanis 37 que l’on ajuste avec les 2 coefficients d’efficacité, 70% pour les vents inférieurs 20 noeuds et 80% pour les vents supérieurs à 20 nœuds.

On peut « s’amuser » avec les paramètres spécifiques du routage, mais là encore, pour plus de simplicité, on laissera l’option paramètre auto coché. Le logiciel choisira des paramètres raisonnables en fonction du routage à calculer. Tous les autres paramètres seront laissés dans un premier temps à leur valeur par défaut.

 

Revenons simplement sur le paramètre « Eviter la terre » qui semble étrange. Evidemment, on ne veut pas s’échouer ! L’option est là car une bonne partie des calculs consiste à savoir si les points et les segments de route calculés passent sur terre. Un routage pour une traversée océanique sera beaucoup plus rapide avec cette option décochée. Notez aussi que le logiciel utilise les cartes raster d’OpenStreetMap qui ne contiennent pas de donnée pour savoir si un point est sur terre ou en mer. Le logiciel utilise donc un fichier de trait de côte mondial qui permet de calculer cette information. Ces calculs sont assez lourds et, afin de maintenir des performances acceptables, le trait de côte est très simplifié. Il ne contient par exemple pas toutes les iles. Voici le trait de côte utilisé pour l’Europe.

• Faisons maintenant tourner le routage. Lancez le calcul avec le menu [Lancer le routage]. Après chaque calcul d’un isochrone, le logiciel affichera les résultats intermédiaires sur la carte avec le les données suivantes :
  • Heure de l’isochrone,
  • distance restante vers la destination,
  • meilleure route intermédiaire ; c’est la route la plus proche de la destination à la fin ce cet isochrone. Cette route peut varier du tout au tout d’un isochrone à l’autre. Elle est dessinée pour donner une idée de la stabilité de la route au cours du temps.

SailGrib WR nous indique que le temps de navigation sur la route la plus rapide sera aux alentours de 23 heures. Il nous propose de faire une « cuillère » en partant au portant dans le Mistral qui montera tout de même à 32 nœuds fichiers. L’arrivée sur Ajaccio se faisant par l’ouest dans des vents inférieurs à 10 nœuds. Le tableau de marche nous indique aussi que la distance parcourue est de 167 NM à 7.3 nœuds de moyenne.   Est-ce vraiment ce que nous souhaitons faire ? J’en doute… L’équipage préférera certainement une route moins ventée quitte à mettre un peu plus de temps

Revenons donc à nos options de routage. Saisissons une limite supérieure pour les vents au près et au portant à 25 nœuds et regardons ce que ça donne. Le routage nous indique un temps de traversée de près de 27 heures, soit 4 heures de plus que le premier routage. On arrive à Ajaccio avant la nuit dans un vent mollissant. Ça semble plus raisonnable mais on peut peut-être faire mieux ! Et si on mettait le moteur sur la fin quand notre vitesse tombe sous 4 nœuds ? Revenons à nouveau à nos options de routage, cochons l’option routage mixte, entrons notre vitesse limite de 4 nœuds et notre vitesse au moteur à 7 nœuds. Faisons tourner le routage. Il nous propose maintenant une route avec un temps de traversée d’environ 21 heures mais avec plus de 10 heures de moteur. Pas vraiment ce que l’on cherche. Soyons un peu plus tolérant avec notre limite pour démarrer le moteur, descendons la limite à 3 nœuds.

 
La route proposée parait satisfaisante ! Le temps de traversée est de 25 heures, on fait une heure de moteur sur la fin pour arriver à Ajaccio largement avant la nuit. La stratégie semble donc se dessiner ainsi : partir de Toulon au cap 140, si le vent monte à plus de 25 nœuds mettre de l’est dans le cap puis repartir au cap proposé par le routage dès que le vent passe sous 25 nœuds. Quand on arrive vers la latitude d’Ajaccio faire une route directe. On mettra le moteur si la vitesse du bateau tombe sous 3 nœuds.

• Si l’équipage rechigne à partir le vendredi soir, on peut regarder ce que donnerait un routage avec un départ le samedi matin à 08h00 (06h00 TU). Avec les mêmes conditions, nous faisons 17 heures de moteur…Si nous faisons tout à la voile, la traversée prend 36 heures.
   
  C’est maintenant clair, nous partons le vendredi soir et restons vigilant !

Si vous voulez en savoir plus sur SailGrib WR, rendez-vous :

• sur le site de l’application :sailgrib.fr
• sur la chaine YouTube : youtube.com/c/SailGribApp
   

En conclusion

On a vu que les logiciels de routage météo se sont largement démocratisés au cours des dernières années. L’essor des smartphones et tablettes devrait accentuer ce phénomène dans les prochaines années. Il serait dommage de ne pas se servir de ces outils bien évidemment en course mais aussi en croisière pour essayer de mieux anticiper et d’améliorer la route à suivre lors de nos traversées.