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Avec de nouvelles réglementations visant à améliorer l’efficacité des navires et à réduire l’invasion d’espèces, le nombre d’inspections sous-marines des coques devrait augmenter considérablement. Mais comment pouvons-nous les faire évoluer efficacement, de l’inspection dans l’eau à la génération de rapports ? Notilo Plus a conçu un écosystème de technologies qui permettront des inspections rapides et reproductibles ainsi que la génération automatique et cohérente de rapports. À l’aide d’algorithmes d’IA pour la reconnaissance d’images, il classe les images de coque en fonction de leur degré d’encrassement, des conditions de revêtement et génère des informations conformes aux meilleures normes de l’industrie. D’abord conçu pour le ROV Seasam avec une capacité de localisation de chaque image sur le plan d’Aménagement Général de la coque, il est désormais disponible pour tous les prestataires, quelle que soit leur méthode d’inspection. Toute vidéo sous-marine, de plongée ou de ROV peut désormais être transformée en données exploitables sur la plateforme Notilo Cloud. Il ouvre la porte à une meilleure gestion des coques, à des modèles de nettoyage optimisés et à des modèles prédictifs pour les armateurs et les gestionnaires de navires à l’échelle de la flotte, facilitant ainsi le respect des réglementations les plus strictes. Seasam et Notilo Cloud sont désormais utilisés par les armateurs et les prestataires de services du monde entier, et sont listés par DNV sur la plateforme Veracity.

I. Introduction

 

Pour un navire, l’encrassement de la coque est responsable d’une consommation de carburant significativement augmentée [1] et donc d’émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) inutiles. De plus, la mondialisation nécessite des transports transcontinentaux. Ainsi, les navires passent par des écosystèmes très différents, ce qui développe sur leurs coques un encrassement contre nature mélangeant des espèces vivantes issues d’environnements incompatibles. Ce dernier phénomène met en péril la faune des abords des ports de fret. Le biofouling est donc un enjeu majeur à résoudre pour parvenir à un transport maritime durable [2]. Dans un contexte de mondialisation où le transport maritime représente près de 3% des émissions de Gaz à Effet de Serre [3], outre une prise de conscience croissante de la mise en danger des écosystèmes, de nombreuses initiatives ont été déployées pour répondre à ces enjeux et tendent vers le verdissement du transport maritime.

II. Nouvelles normes et réglementations

 

1. BIMCO et réglementations locales

Le lancement des nouvelles normes du Baltic and International Maritime Council (BIMCO), qui entreront en vigueur d’ici 2023, entend rendre obligatoire la détection et le nettoyage du biofouling. Cette connaissance est déjà requise pour certains pays (notamment en Océanie) comme la Nouvelle-Zélande dont le Ministère des Industries Primaires a édité des « GUIDELINES FOR DIVING SERVICE PROVIDERS ». Ces directives partagent le même objectif que les normes BIMCO et, par conséquent, nous nous concentrerons sur ces normes sur les points suivants, car elles sont

destinées à devenir la norme mondiale.

BIMCO est la plus grande association maritime internationale représentant les armateurs et est accréditée en tant qu’organisation non gouvernementale par les Nations Unies. Pour promouvoir des normes plus écologiques dans l’industrie du transport maritime et limiter les dommages potentiels causés par les espèces envahissantes liées à la coque, le conseil a créé une documentation standard de l’industrie du nettoyage dans l’eau [4].

Cette documentation précise la nécessité d’effectuer des inspections régulières des coques, compte tenu également des facteurs aggravants qui nécessitent une augmentation de la fréquence des inspections (température, salinité, éloignement du rivage, profondeur, …). De plus, même si le but est avant tout le nettoyage, des inspections seront toujours nécessaires. En effet, bien qu’un nettoyage soit déjà programmé, la documentation indique qu’une inspection pré-nettoyage est toujours obligatoire afin d’identifier les zones de la coque où l’effort doit être concentré.

Ce rapport exige également que « lors de l’inspection de la zone sous-marine (coque et zones de niche) du navire, les éléments suivants doivent être vérifiés :

  • Types d’encrassements biologiques.
  • Pourcentage de couverture d’encrassement biologique pour chaque type.
  • Hauteur de biofouling pour les types calcaires durs.
  • État des systèmes antifouling (AFS) sur la coque et les zones de référence.

Ces informations clés sont au centre des derniers développements Notilo Plus pour notre solution Shipping comme nous l’expliquons ci-après.

 

2. EEXI/CII

L’Organisation Maritime Internationale (OMI) des Nations Unies a adopté des amendements sur MARPOL en juin 2021 afin d’appliquer d’ici 2023 une nouvelle réglementation centrée autour de deux calculs pour chaque navire : Efficiency EXisting ship Index (EEXI) et Carbon Intensity Indicator (CII) en afin de réduire les émissions de GES du transport maritime.

L’indicateur EEXI est basé sur les spécifications des navires, et est estimé à partir de la documentation émise par le constructeur du navire.

Le CII complète parfaitement l’EEXI car il s’agit d’un indicateur opérationnel d’émissions de carbone. Celui-ci consistera en une marque de A à E, avec une cible légale sur la plage A à C. Il sera basé sur les émissions réelles mesurées lors des opérations effectuées par le navire. Se conformer à la réglementation nécessitera par conséquent un entretien précis, régulier et efficace de la coque. A l’échelle d’une flotte, ce sera un vrai challenge de se lever pour les armateurs, et les solutions clés en main d’inspection des navires rapides et efficaces représentent un atout non négligeable pour se préparer à cette nouvelle réglementation, et aller au-delà des futures normes grâce à de bonnes pratiques rendues faciles à mettre en œuvre.

III. La solution Notilo Plus, combinant un matériel fiable avec un logiciel puissant

1. État de l’art

De nos jours, toutes ces inspections sont effectuées par des équipes de plongée ou des véhicules télécommandés. Dans le premier cas, cela nécessite une organisation spécifique en raison des exigences réglementaires pour assurer une équipe de plongée en toute sécurité dans n’importe quel port. En conséquence, les inspections demandent plus de temps et de ressources humaines, pour un résultat qui n’est pas optimisé car il s’agit de photographies et de vidéos de la coque généralement de mauvaise qualité qui servent à interpréter un état général. Cette solution est assez coûteuse, parfois compliquée à programmer, et demande beaucoup de temps avant que le rapport ne soit prêt car toutes les données collectées doivent être traitées par des experts, mais la localisation des images est compliquée à cerner en post-traitement.

L’autre option, l’inspection par un ROV, est assez aisée sur la partie fourniture (si l’on considère un mini ROV facile à piloter) mais rencontre les mêmes problèmes sur le temps qu’il faut pour effectuer l’inspection puis pour éditer le rapport . Des temps de 3 heures de préparation, 6 heures d’inspection et 10 heures de post-traitement ont été rapportés [5]. De plus, tous les ROV n’ont pas un bon système de stabilisation ainsi qu’une haute définition pour assurer une qualité d’image et une visibilité de la coque suffisantes, donc la possibilité de post-traitement et de directives précises n’est pas forcément satisfaisante.

Ainsi, l’état de l’art n’est pas du tout satisfaisant pour répondre aux besoins croissants des principaux acteurs du Shipping. Le procédé est fastidieux, non optimisé et donne une mauvaise information sur la coque qui n’encouragera guère les inspections qui sont perçues aujourd’hui comme une pénible obligation.

Les rapports sont, dans le meilleur des cas, impossibles à fusionner pour extraire des informations utiles telles que le suivi de l’évolution dans le temps, le croisement de données avec d’autres sources, etc. Dans le pire des cas, les rapports peuvent être inexacts et partiels en raison d’une enquête inadéquate ou post-traitement.

Avec le contexte actuel du transport maritime et la pression d’évolution vers le Green Shipping pour les principaux acteurs du secteur, les inspections devront s’intensifier. L’industrie pourrait utiliser une solution plus étendue, plus fiable et plus informative.

2. Écosystème Seasam : une suite matérielle

Notilo Plus était historiquement spécialisé dans la conception de drones avec des premières fonctionnalités d’automatisation avec un système de suivi de plongeur autonome. Forts de notre capacité à développer des scénarios d’inspections autonomes, nous avons commencé par développer une solution matérielle pour effectuer facilement des inspections de coque.

L’objectif était de leur fournir une solution simple d’utilisation, faisant remonter à la surface des données fiables et de haute qualité : images localisées, trames stables, distance constante à la coque.

Pour ce faire, notre solution Seasam est composée d’un drone Seasam, d’un Seasam Navigator, d’une station au sol, d’un enrouleur WiFi et d’une tablette tactile avec notre application — Seasam control. Il peut être utilisé comme véhicule télécommandé après une très courte formation car la télécommande le rend intuitif à piloter. Equipé d’une caméra haute définition et éventuellement de lumières puissantes et de capteurs supplémentaires (comme une caméra acoustique), c’est l’outil parfait pour effectuer des inspections sur la coque avec des données de meilleure qualité qu’une équipe de plongée, sans danger et pour un moindre coût. coût [6].

De plus, l’utilisation de la station au sol et du Seasam Navigator —équipé d’un GPS — permet une localisation autonome en direct du drone Seasam par rapport à la coque grâce à un système acoustique. Cela signifie que lors de l’inspection, la localisation précise (moins de deux mètres) du drone Seasam est enregistrée et liée aux données acquises sur la coque. La corrélation de ces données permet une exploitation complète qui sera décrite plus loin. D’autres développements nous permettent de proposer une inspection entièrement autonome, basée sur la localisation en direct et l’asservissement de la coque pour garantir que l’inspection est toujours optimisée.

Avec ces nombreuses options, l’écosystème Seasam s’adapter au niveau de simplicité ou complexité nécessaire lors de l’inspection, et au niveau de précision requis pour les rapports.

3. Notilo Cloud : la plateforme pour exploiter toutes les facettes des données sous-marines collectées

Notilo Cloud est une addition naturelle à l’écosystème Seasam. Conçu pour valoriser les données collectées, les vidéos enregistrées – avec leur position localisée – sont directement téléchargées sur la plateforme afin d’être analysées. En effet, nous avons construit quatre classificateurs entraînés avec un jeu de données d’images de 25k nous permettant de déterminer un score d’encrassement pour chaque image, d’évaluer l’état du revêtement, d’identifier les zones de niche et de catégoriser les images en fonction de leur visibilité.

Ces classificateurs sont des réseaux de neurones convolutifs pour lesquels nous avons utilisé l’apprentissage par transfert : cela signifie qu’ils sont pré-formés pour les tâches de classification, et nous avons ajouté des couches entièrement connectées au-dessus du réseau afin de l’adapter à nos problèmes spécifiques. L’ensemble du réseau a ensuite été à nouveau entraîné avec nos jeux de données afin d’ajuster leur valeur et de gagner en précision. Cette conception permet une précision de 90% pour l’état du revêtement (Fig. 1), 90% pour l’évaluation de la visibilité (Fig. 2) et 97% pour l’identification des zones de niche (Fig. 3). Concernant l’encrassement, la précision est limitée à 83% mais on peut observer sur la figure 4 que les erreurs sont concentrées sur les scores voisins. Après un examen plus approfondi, nous avons remarqué que ces erreurs étaient commises parce que les frontières ne sont pas strictes, même dans la notation humaine car les experts que nous avons intégrés dans notre processus de qualification initial ont montré un manque de consensus sur les cadres concernés.

A la fin des inspections, les utilisateurs mettent en ligne leurs vidéos sur Notilo Cloud. Dans le logiciel, plusieurs actions sont disponibles :

  • enregistrer toutes les plongées précédentes
  • créer un rapport
  • partager avec des partenaires ou des clients pertinents.

La génération de rapport se compose en elle-même de plusieurs tâches et de quatre algorithmes différents :

  • extraction des images pertinentes de toutes les vidéos d’inspection, avec un algorithme de visibilité. Seules les images montrant réellement la coque seront sélectionnées. Après l’extraction de la trame, un algorithme de prétraitement adapte le format des données pour les rendre compatibles avec les autres classificateurs.
  • détermination si le cadre consiste en une zone de niche, et dans ce cas, quelle zone de niche
  • évaluation pour chaque trame le niveau d’encrassement de 0 à 3
  • détermination s’il y a un défaut de revêtement : défaut de peinture ou dommage mécanique
  • création de lien entre chaque image à l’emplacement correspondant sur la coque à partir des données de plongée brutes

Toutes ces actions conduisent à la création d’un rapport, avec 30 sections de coque qui ont des couleurs et des informations sur l’état de chaque zone.

Cette classification automatique nous permet de mieux comprendre l’état de la coque après inspection, d’identifier les zones à prioriser lors de la prochaine opération de nettoyage et de gagner beaucoup de temps, car il n’y a pas besoin d’une analyse experte de la vidéo étant donné que les résultats de nos algorithmes ont déjà été validés par des experts. Cette première étape permet l’édition automatique d’un rapport d’inspection en moins de 30 minutes — contre 10 heures pour les rapports traditionnels — ce qui plus rapide, plus économique et plus efficace que l’inspection traditionnelle.

4. N’importe quelle source de données pour Notilo Cloud : ouvrir les données pour tous

Par ailleurs, afin de démocratiser la maintenance prédictive des coques et la compréhension des actifs sous-marins, Notilo Plus a ouvert une version autonome de Notilo Cloud pour tout ROV.

Il ouvre l’utilisation de nos algorithmes et de notre outil de rapport autonome à toute personne réalisant des inspections sous-marines avec n’importe quelle caméra sous-marine (GoPro, ROV, …). La principale différence réside dans la nécessité de déclarer directement sur la plateforme l’emplacement des différentes images.

La classification et le filtrage de toutes les images sont possibles pour examiner de plus près toutes les images pertinentes de la vidéo.

IV. Discussion

 

Actuellement, notre solution apparaît comme d’une grande aide pour CII car elle permet de comprendre l’origine de tout problème sur la consommation réelle de carbone des navires. En effet, en indiquant un état d’encrassement global de la coque aux armateurs, Notilo Cloud les aide à optimiser leurs opérations de nettoyage afin de maîtriser les émissions de carbone (et de GES en général) de leurs navires.

Notre algorithme d’encrassement n’est cependant pas encore entièrement conforme aux normes BIMCO ou à d’autres réglementations pour le contrôle des espèces envahissantes.

Les normes BIMCO différencient de nombreux types d’encrassement et divers types de couverture.

Les auteurs ont eu du mal à trouver des experts capables de converger dans leur classification des images entre différents types de macrosalissures molles et de macrosalissures dures. Les experts avaient souvent des opinions divergentes sur la classification.

Il a été constaté que, pour l’instant, le type (dur ou mou, micro ou macro) suffisait, d’un point de vue opérationnel, pour planifier les actions de maintenance et de nettoyage. Il est recommandé que ces classifications officielles ne soient pas trop précises, pour tenir compte des capacités réelles des experts à différencier les types d’encrassement. Alternativement, un nouveau jeu de données plus complet étiqueté par des experts devrait nous permettre de relever ce défi.

De plus, la couverture de l’encrassement dans les normes BIMCO est un moyen de classer les images du point de vue de l’œil humain : par ex. en regardant un cadre, à quel point les zones d’encrassement sont dispersées. D’une A.I. perspective, et avec la possibilité d’une classification approfondie de chaque image d’une inspection vidéo, il devient plus pertinent d’utiliser des informations plus larges, telles que la gravité réelle de l’encrassement en fonction des images.

L’auteur propose que les normes internationales pour les inspections sous-marines utilisent un cadre plus précis et basé sur l’IA pour les inspections sous-marines des coques.

V. Conclusion

 

Notilo Cloud a été conçu pour s’adapter aux réglementations émergentes. Il a déjà été identifié par de nombreuses majors du secteur comme un outil haut de gamme pour exploiter toute l’étendue de toutes les données pouvant être collectées lors des inspections. De plus, associé à la solution Seasam, il offre une solution clé en main pour l’inspection de coque sous-marine. La solution Seasam permet des inspections rapides, optimisées, faciles à mettre en place, à moindre coût que les solutions d’inspection traditionnelles. Toutes ces fonctionnalités font de l’écosystème de Notilo Plus un ensemble d’outils clé pour tendre vers le verdissement du transport maritime grâce à la maintenance prédictive. Autrement dit, faire un pas vers une activité durable tout en faisant des économies.

Outil polyvalent, utilisable partout dans le monde, à partir de n’importe quelle source de données, Notilo Cloud permet une surveillance et une gestion intensive des coques, en rassemblant toutes les sources de données et en créant des modèles prédictifs pour l’efficacité des coques.

La notation de 83 % à 97 % de précision de notre algorithme continuera de s’améliorer à mesure que le nombre d’inspections augmente, et nous prévoyons un avenir où les inspecteurs n’auront jamais à passer plus d’une heure pour produire un rapport d’inspection de coque complet, avec une plus grande précision que toute autre méthode précédente.

Cela ouvre la porte à une mise à l’échelle efficace des inspections de coque et à une meilleure protection de notre planète et de nos océans.

Références

[1] HAKIM M. L., UTAMA I K. A. P., NUGROHO B., YUSIM A. K., BAITHAL M. S., SUASTIKA I K., Review of correlation between marine fouling and fuel consumption on a ship, SENTA 2017: 17th Conference on Marine Technology

[2] DAVIDSON I., SCIANNI C., HEWITT C., EVERETT R., HOLM E., TAMBURRI M., RUIZ G. (2016), Mini-review: Assessing the drivers of ship biofouling management – aligning industry and biosecurity goals, Biofouling, 32:4, 411-428

[3] INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION, Fourth IMO GHG Study 2020, 2021

[4] BIMCO, Industry standard on in-water cleaning with capture

[5] Author conversations with industry players

[6] Pay-as-you-inspect plans are available from 1000€/inspection