PREdiction DEterministe des MOuvements de NAVire sur houle – PREDEMO-NAV

Ce projet s’inscrit dans le contexte général de l’amélioration de la sécurité des opérations en mer et d’augmentation de l’opérabilité des plateformes navales militaires ou civiles par la prédiction des mouvements du navire dans la houle. Fiabiliser ces opérations passe par une anticipation temporelle et déterministe des mouvements de plateforme pour un horizon de prédiction d’environ une minute. Or l’horizon de prédiction des techniques existantes aujourd’hui (méthodes autorégressives, sur l’historique des seuls mouvements du navire) n’excède pas dix secondes, pour des états de mer inférieurs à 5. Pour des états de mer supérieurs, la variabilité de la houle est importante et non prise en compte dans ces modèles. Une extension significative de l’horizon de prédiction nécessite une connaissance de l’environnement du navire et donc des vagues. Les principales technologies de capteurs de mesure de surfaces de mer à distance reposent actuellement sur l’utilisation de RADAR en bande X. Néanmoins cette technologie comporte de nombreuses limitations dont la plus importante reste l’interprétation d’un niveau de rétrodiffusion en une élévation.
Ce projet scientifique porte sur différents systèmes et méthodes destinés à constituer à terme les maillons d’une chaîne de prédiction en temps réel des mouvements déterministes d’un navire sur houle, à un horizon temporel de l’ordre de la minute. Il doit répondre à trois points durs qui constituent les maillons de la chaîne de prédiction déterministe des mouvements navire:
• La mesure de la surface de la mer en incidence rasante depuis une plateforme en mouvement
• La reconstruction, l’assimilation et la propagation des observations en temps réel jusqu’à la future position de la plateforme
• L’estimation de la réponse temporelle du navire en temps réel
La question des performances en temps de calcul est ici primordiale afin de ne pas dégrader un horizon de prédiction étendu grâce à la mesure à distance de la surface de la mer.
Le projet repose en premier lieu sur l’évaluation d’une technique originale de télédétection de la surface océanique pour des applications marines. Une caméra 3D Flash-LIDAR permet de mesurer le profil des vagues en estimant, à l’aide d’une technologie LIDAR, la position de l'intersection d’une matrice de rayons LASER émis par la caméra avec la surface océanique. Couplées à un algorithme d'inversion, ces données spatio-temporelles doivent permettre de reconstruire le profil instantané des vagues et ainsi la forme instantanée de la surface de la mer sur une zone d'observation de plusieurs centaines de mètre autour de la caméra.
Cette donnée permet alors de prévoir, en utilisant un modèle dynamique de propagation en temps et en espace, l’évolution « aval » de cette surface. Une prédiction fiable demande toutefois la prise en compte des spécificités hydrodynamiques non-linéaires de cette surface. Aussi ce projet intègre-t-il l’évaluation fine des performances hydrodynamiques au moyen d’une méthode Lagrangienne développée à des fins de calcul de propagation non-linéaire temps réelle sur architecture de calcul spécifique (GPGPU). Cette méthode optimisée sera comparée avec une méthode de référence (High Order Spectral Method).
Ce projet porte enfin sur la détermination de la réponse d’un navire en temps réel et précise en s’intéressant à son application à deux géométries de type frégate (propriétaire et générique) et une géométrie générique de classe différente. Différents outils BEM (linéarisés, ALE, weak scatterer) et CFD (ICARE SWENSE) seront mis en œuvre de manière complémentaire afin de pouvoir fournir à terme une évaluation en temps réel d’une réponse navire en intégrant une prise en compte des appendices. Les performances en terme de précision seront évaluées comparativement à des bases de données d’essais sur houle pour les différentes géométries.
Ce projet fournira finalement une évaluation de la chaîne de prédiction constituée des maillons précédemment décrits.