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Une demande croissante en ENC portuaires

L’arrivée des cartes électroniques de navigation (ENC) dans l’univers maritime a apporté un véritable gain en terme de sécurité. Leur utilisation permet de programmer un grand nombre d’alertes de navigation et apporte des informations complémentaires à celles présentées sur les cartes papiers ou leurs versions numériques raster (RNC). L’utilisation des ENCs est désormais très répandue et on observe une demande de plus en plus forte d’ENCs portuaires les plus à jour et les plus précises possibles. Toutefois, l’enrichissement ou la création d’ENCs nécessite une expertise spécifique et une technologie dédiée à la cartographie marine numérique. Ainsi, on observe le développement de nouveaux partenariats entre certains services portuaires et des sociétés de service spécialisées en géomatique marine capables de fournir à la fois une expertise et une technologie dédiée à la cartographie marine numérique.

Introduction

À la fin des années 1980, l’arrivée des systèmes électroniques de navigation dans l’univers maritime change profondément la manière de naviguer. Couplés au GPS et s’appuyant sur des cartes marines numériques, les systèmes électroniques de navigation permettent de connaître en temps réel la position du navire sur la carte marine et de superviser, du même coup, la route de navigation planifiée.

L’utilisation des systèmes électroniques de navigation est très vite perçue comme une avancée majeure pour la sécurité de la navigation et leur utilisation est officialisée dès 1995 par l’Organisation Maritime Internationale (OMI). À partir de cette date, tout système électronique de navigation respectant les résolutions de l’OMI portant sur les « Normes de fonctionnement des Systèmes de visualisation des cartes électroniques et d’information (ECDIS) » devient officiellement utilisable pour naviguer et il devient possible de se dispenser de cartes papiers.

Cependant, qu’entend-on par carte marine numérique et sur quel type de carte numérique un ECDIS doit-il s’appuyer pour pouvoir dispenser le marin d’avoir à recourir à un portefeuille de cartes papier à jour ? Schématiquement, on peut dire qu’il existe deux types très distincts de cartes numériques : les cartes raster et les cartes vectorielles. Seules les cartes vectorielles basées sur la norme S-57 peuvent permettre de dispenser les marins, qui utilisent un système de navigation électronique certifié ECDIS, de tenir à jour un portefeuille de cartes papier.

Les cartes de navigation raster (RNC)

Les cartes de navigation raster (RNC) sont des cartes papier scannées, géoréférencées et encodées sous forme d’images numériques pixélisées (p.ex. au format ARCS, BSB ou Geotiff). Leur résolution et leur volume (le poids en octets) dépendent du nombre de pixels composant l’image. Plus la résolution est importante, plus le nombre de pixels est important et plus la taille de l’image est importante.

L’avantage des cartes raster est qu’elles sont rapides à produire, car il ne s’agit ni plus ni moins que d’une « photocopie » couleur de la carte papier, à laquelle le cartographe a ajouté quelques métadonnées dont le numéro de la carte, sa date d’édition ou encore l’organisme qui l’a produite. Évidemment, cet argument ne tient que si la carte raster s’appuie sur une carte papier déjà existante. Dans le cas contraire, il devient nécessaire de produire la carte et il n’y a donc aucun gain de temps. Au-delà de cette considération, les cartes raster ne disposent d’aucune intelligence inhérente à leur structure. L’utilisation de cartes raster présente même plusieurs inconvénients…

Un premier inconvénient concerne le très grand volume de données à manipuler et à gérer. Une carte raster non compressée au format Geotiff peut facilement atteindre plusieurs centaines de Megas (Mo), ce qui est considérable pour une seule carte. Par conséquent, chacun peut imaginer le volume d’une base de données composée de plusieurs dizaines de cartes raster.

Un deuxième inconvénient concerne la mise à jour des cartes utilisées. Outre le grand volume de données à mettre à jour, la structure raster des cartes rend compliquée leur mise à jour incrémentielle et il est souvent plus aisé de remplacer la ou les cartes modifiées par leurs versions plus récentes. Dans ce cas, le marin ne peut visualiser les différences entre anciennes et nouvelles cartes.

Un troisième inconvénient concerne l’absence d’information additionnelle. Une carte raster composée d’une simple couche de pixels n’est pas interrogeable. Les cartes raster ne permettent donc pas d’inclure des compléments d’information comme des descriptions détaillées de chacun des objets composant la carte, ou encore d’associer à ces objets, divers schémas, diagrammes ou photographies.

Un quatrième inconvénient a trait au caractère figé de la carte raster. Tout comme une carte papier, il est absolument impossible de bénéficier d’un affichage dynamique de l’information présentée en fonction du contexte de navigation. Par exemple, il est impossible de faire apparaître ou disparaître certains objets en fonction de l’échelle de navigation utilisée. Autre exemple, il est impossible d’adapter le dessin du contour de sécurité, séparant les eaux saines des eaux malsaines, en fonction du tirant d’eau du navire.

Un dernier inconvénient, et non des moindres, adresse la sécurité de la navigation elle-même. Les cartes raster ne permettent pas de programmer des alertes de navigation à partir des informations issues de la carte. Par exemple, il est impossible de déclencher des alertes anti-échouement lorsque le navire s’approche d’une zone dont la profondeur est inadaptée au tirant d’eau du navire ou lorsque le navire fait route vers un danger particulier.

Les cartes de navigation vectorielles (ENC)

Les cartes de navigation vectorielles sont beaucoup plus que de simples reproductions numériques des cartes papier. Elles constituent des jeux structurés de données, capables de contenir un grand nombre d’informations complémentaires à celles présentées sur les cartes raster. Il ne s’agit donc plus d’une simple grille de pixels, mais d’un ensemble de primitives géométriques et de caractéristiques géographiques permettant la génération à la volée d’une image numérique dont la résolution dépendra cette fois de la qualité de l’écran sur laquelle la carte est affichée et du logiciel qui l’a générée.

Comme pour les cartes de navigation raster, les cartes de navigation vectorielles peuvent exister sous différents formats. On peut ainsi citer le format S-57 à partir duquel sont produites les cartes électroniques de navigation (ENC) et les couches militaires additionnelles (AML). On peut également citer le « vector product format » (VPF) à partir duquel sont produites les cartes nautiques digitales (DNC) de la « National Geospatial Intelligence Agency » (NGA) américaine.

Les cartes S-57 sont les seules à être reconnues par l’Organisation Hydrographique International (OHI). En réalité, lorsqu’on parle de format S-57, on fait référence à la norme S-57 publiée et maintenue par l’OHI, sur laquelle s’appuie différents produits cartographiques dont le plus commun est la carte de navigation électronique (ENC). L’acronyme ENC dénote à la fois le produit et la spécification, également publiée et maintenue par l’OHI. Cette spécification répertorie l’ensemble des objets (trait de côte, bathymétrie, phares, feux, balises, etc.), des attributs d’objets (profondeur, échelle d’affichage minimum, nom de l’objet, description, etc.) et des règles que le cartographe doit utiliser pour produire les fameuses cartes de navigation officielles. L’unité de base de la couverture géographique affichée sur un écran (l’équivalent de la carte papier) est appelée cellule. Cette couverture géographique peut être composée de plusieurs cellules, ou fragments de cellules.

L’utilisation d’ENCs présente plusieurs avantages par rapport à l’utilisation de leurs homologues raster…

Un premier avantage réside dans la taille réduite des cellules. La spécification ENC impose d’ailleurs une taille inférieure à 5Mo. Dans les faits, une cellule pèse souvent beaucoup moins lourd. Un jeu de cartes vectorielles est donc beaucoup moins volumineux qu’un jeu de cartes raster.

Un deuxième avantage concerne la possibilité d’intégrer facilement des mises à jour. Les différences entre la cellule de base et celle résultant des mises à jour sont mémorisées et ainsi facilement consultables. L’ECDIS assure la possibilité d’ajouter (ou supprimer) ses propres mises à jour manuelles. Dans ce cas, le contenu de la carte n’est pas modifié. Il s’agit juste d’un artefact visuel.

Un troisième avantage réside dans la possibilité de bénéficier d’un affichage personnalisable. La norme S-57 ne concerne que la structure de données et n’inclut en aucune manière les règles d’affichage. Dans un ECDIS, l’affichage d’une ENC est régi par la norme S-52 de l’OHI. Mais, il est tout à fait possible d’appliquer d’autres types d’affichage. L’utilisation de l’affichage S-52 n’est obligatoire que dans le cas où le marin souhaite opérer un système électronique de navigation en mode ECDIS. La S-52 s’appuie notamment sur la topologie de la S-57 pour définir des règles de priorités d’affichage (p.ex. lorsqu’une géométrie est partagée par plusieurs objets). Pour tout autre type de système de navigation électronique (notamment ceux dédiés à la plaisance), chaque constructeur a la liberté d’appliquer ses propres règles d’affichage. Techniquement, une ENC peut donc tout à fait être affichée avec les mêmes couleurs et la même symbologie qu’une carte papier.

Un quatrième avantage, toujours lié à l’affichage, réside dans le caractère configurable de cet affichage. L’utilisateur peut choisir d’afficher tel ou tel objet en fonction de ses préférences. L’ECDIS arrive de facto avec 3 modes d’affichages, « Base », « Standard » et « Complet ». Le mode « Base » correspond à l’affichage minimum. Les objets regroupés dans la configuration « Base » ne peuvent être masqués. Le mode « Standard » correspond à la configuration d’affichage par défaut et recommandée pour naviguer. Elle contient tous les objets considérés comme primordiaux pour la sécurité de la navigation. Le mode « Complet » affiche tous les objets disponibles. Généralement, les constructeurs incluent un quatrième mode « Custom » qui permet à l’utilisateur de créer de nouvelles configurations d’affichage.

Un cinquième avantage a trait au caractère interrogeable des objets de la carte, donnant accès à de nombreuses informations complémentaires. Ces informations complémentaires peuvent être liées à des explications sur la symbologie, des indications de profondeurs, des instructions de navigation, des indications sur la nature de l’objet interrogé, ou encore des diagrammes, schémas et photos liés à l’objet interrogé et disponibles dans des fichiers externes à l’ENC (fichiers TIF, GIF, JPEG, TXT et PDF).

Un sixième avantage réside dans le caractère configurable du contour de sécurité. Chaque navire dispose d’un tirant d’eau particulier qui peut évoluer en fonction de sa charge. Il est très utile pour les marins de pouvoir configurer ce tirant d’eau et de bénéficier en retour d’une mise en évidence d’un contour de sécurité sur mesure et d’une différentiation adaptée des eaux saines et malsaines (p.ex. couleurs blanche et bleue).

Enfin un dernier avantage, et non des moindres, concerne la configuration d’alertes de navigation. Les alertes de navigation peuvent dépendre du contour de sécurité configuré ainsi que des informations contenues dans les ENCs. Aussi, la bathymétrie, les épaves, les obstructions et autres dangers, ou encore les zones de restriction sont autant d’informations qui peuvent être utilisées pour lever des alertes de navigation liées au contenu cartographique des ENCs.

Une gestion intégrée de la production mondiale (WEND)

La gestion de la production mondiale de cartes de navigation a également significativement changé depuis l’apparition des ENCs. Dans le passé, chaque organisme producteur avait la possibilité de proposer des cartes marines sur l’intégralité du globe, même si les cartes produites entraient en recouvrement avec d’autres cartes produites par d’autres organismes. Et, en outre, les responsabilités en cas d’erreurs de cartographie pouvaient s’avérer assez floues.

À partir de 1997 la résolution de l’OMI sur les « principes de la base de données mondiale pour les cartes électroniques de navigation (WEND) » définit les obligations des producteurs d’ENCs afin :

« d’assurer un niveau mondial cohérent d’ENCs officielles, de grande qualité et à jour, par le biais de services intégrés qui appuient les prescriptions relatives à l’emport de cartes contenues dans le Chapitre V de la Convention SOLAS, et celles relatives aux normes de fonctionnement de l’OMI pour les ECDIS. »

En conséquence, les organismes producteurs d’ENCs officielles se voient contraints de se partager la production mondiale pour que les marins puissent disposer d’ENCs, le plus à jour possible, sur la plus grande partie du globe, et à terme sur l’intégralité de celui-ci. Cette résolution permet ainsi d’éviter toute duplication d’ENC, car elle impose qu’il n’y ait qu’une seule ENC dans une zone donnée. C’est pourquoi, pour une gamme d’échelles donnée, si les emprises géographiques de deux cellules se superposent, seule une des deux cellules ne peut contenir de la donnée sur la zone de recouvrement. Les cartographes utilisent le méta-objet M_COVR et son attribut CATCOV égal à 1 pour indiquer une zone contenant de la donnée ou CATCOV égal à 2 pour indiquer une zone ne contenant pas de données.

Par ailleurs, toute carte de navigation officielle est nécessairement publiée sous l’autorité d’un état (et qui plus est un état membre de l’OMI). En effet, attendu que la responsabilité juridique de l’autorité qui publie une carte de navigation officielle peut être engagée en cas d’erreur de cartographie et considérant le coût et les dégâts astronomiques que peuvent représenter l’échouement (voir le naufrage) d’un navire, il est compréhensible que seul un état soit autorisé à prendre cette responsabilité.

Par conséquent, on distingue deux types d’ENC : les ENCs officielles produites sous l’autorité d’un état par l’intermédiaire de son service hydrographique national et les ENCs non-officielles produites par d’autres organismes comme des services hydrographiques portuaires. Notons qu’une entreprise privée peut tout à fait être mandatée par un service hydrographique national pour l’aider dans la production de ses ENCs officielles.

Vers un enrichissement du portefeuille d’ENC portuaires

Un besoin d’enrichir le portefeuille d’ENCs officielles par des ENCs plus précises a notamment été émis par certains services portuaires français. C’est le cas, par exemple, des syndicats de pilotes des ports de Marseille-Fos et Nantes Saint-Nazaire ou encore des services techniques du Grand Port Maritime de Nantes-Saint-Nazaire (GPMNSN), des ports Normands associés (PNA) et du Grand Port Maritime du Havre (GPMH).

Cependant, la modification, l’enrichissement ou la création d’ENCs nécessite une expertise particulière en cartographie marine numérique afin de respecter les exigences de qualité de la spécification ENC. À titre d’exemple, une ENC ne respectant pas la structure topologique exigée par la norme S-57 peut paraître correcte au premier abord, mais faire dysfonctionner les systèmes électroniques de navigation type ECDIS ou les systèmes d’aide au pilotage type Pilot Port Unit (PPU). Ce type d’expertise est généralement uniquement disponible au sein des services hydrographiques nationaux ou au sein de bureaux d’étude spécialisés en géomatique marine.

La modification, l’enrichissement ou la création d’ENCs nécessite également de s’appuyer sur une technologie dédiée ou adaptée à cette activité. On constate en effet que les systèmes d’informations géographiques traditionnels ne disposent pas de fonctionnalités natives dédiées à la publication d’ENCs respectant la norme S-57 et encore moins de tests de contrôle qualité tels que définis dans la norme S-58.

Dès lors, on observe que certains services portuaires commencent à développer des partenariats avec des sociétés de service spécialisées capables de fournir à la fois une expertise et une technologie dédiée à la cartographie marine numérique. C’est notamment le cas de Geomod qui se propose d’accompagner les services portuaires en apportant son expertise autour de la norme S-57, son éditeur d’ENCs (PortSide), son générateur d’ENCs bathymétriques (Ulhysses), ainsi que des applications métiers personnalisées (p.ex. ePilotBook).

L’activité de soutien à la production d’ENCs a débuté par une réponse au besoin des pilotes du port de Marseille-Fos qui souhaitaient intégrer la précision centimétrique des levés topographiques du port dans les ENCs * utilisées au sein de leur service d’aide au pilotage basé sur ePilotBook. On peut également faire référence au Grand Port Maritime de Nantes-Saint-Nazaire (GPMNSN) pour qui 7 ENCs * de niveau « Berthing » ont été initialisées afin de couvrir la remontée de la Loire. On peut encore citer les pilotes du Havre qui souhaitaient bénéficier d’une ENC couvrant la fin du grand canal.

L’activité de soutien à la production d’ENCs se poursuit aujourd’hui à la demande des services techniques du port du Havre (GPMH), que Geomod accompagne dans l’élaboration de 15 ENCs * de niveau « Berthing » couvrant tout leur domaine portuaire (le port d’Antifer, le port du Havre, le grand canal et le canal de Tancarville).

Port du Havre (GPMH)

Port du Havre (GPMH) – Géoportail

ENC du port du Havre (GPMH)

ENC du port du Havre (GPMH) – Geomod

* Il est à noter que ces ENCs sont des « premières versions » uniquement destinées à apporter une aide aux différents services internes des ports.