Routage météo: comment optimiser votre route en fonction des prévisions

Une question récurrente chez le marin hauturier novice est le comment optimiser sa route en navigation. La pratique est connue des marins sous le nom français de Routage ou le nom anglais de Weather routing. Nous ne souhaitons pas rédiger ici un article trop technique car cela dépend en partie du logiciel de navigation que vous utilisez. Cependant, nous essaierons de comprendre les fondamentaux afin que vous puissiez trouver votre route avec n’importe quel système.

Optimisation de la route - Logiciel de navigation
Optimisation de la route – Logiciel de navigation

Le logiciel pour optimiser la route

Pour optimiser la route vous aurez forcément besoin d’un logiciel dédié. C’est pour ca que c’est généralement un sujet pour les coureurs de longue distance. Des applications mobiles sont également apparues récemment, vous pouvez donc les essayer pour voir si vous êtes à l’aise avec elles. Les logiciels de navigation les plus connus parmi les marins professionnels sont les suivants:

Optimiser la route: comprendre le problème à résoudre

Essayons de comprendre comment le «weather routing» ou le «routage» se fait étape par étape. Tout d’abord, demandons-nous quel est le problème que nous devons résoudre pour optimiser la route. Nous devons aller d’un point A à un point B dans les plus brefs temps possible. Les variables sont l’intensité et la direction du vent et évidemment notre bateau. Au départ, nous pouvons le voir comme un problème instantané. C’est-à-dire par rapport aux conditions météorologiques que nous observons à ce moment précis.

Optimisation de la route - Le problème instantané
Optimisation de la route – Le problème instantané

Cependant, à moins de devoir passer une bouée, le problème n’est pas instantané. Sur un long parcours, les détails des performances du bateau sont la seule variable qui reste constante (sauf pour les dommages aux voiles, etc.), mais la direction et l’intensité du vent varient avec le temps. Pour cette raison, nous devons diviser notre itinéraire potentiel en plusieurs étapes. À partir du point A, nous pourrons naviguer dans un certain nombre de directions qui se déploient devant nous. Tous les points que j’ai pu atteindre avec mon bateau dans un laps de temps défini sont définis comme isochrones. Pour simplifier on dit que le premier isochrone définit tous les points que je peux atteindre après une heure de navigation.

Optimisation de la route - Le problème au fil du temps
Optimisation de la route – Le problème au fil du temps

A ce stade, le logiciel, à partir d’une série de points sur l’isochrone, répète l’exercice à partir de chaque point. À partir de chaque point, une gamme de nouvelles routes possibles s’ouvrira. La limite de distance maximale donnée par la somme de la navigation dans la première et la deuxième heure définit la deuxième isochrone. En procédant par étapes successives, le logiciel de navigation arrivera à destination. En travaillant en arrière à travers la série de segments qui ont défini l’itinéraire le plus rapide, nous avons la route optimal. C’est une solution empirique au problème, car essayer une solution mathématique serait impossible.

Les facteurs d’entrée pour optimiser la route

Afin de faire ce calcul empirique de la route optimal il y a quelques données d’entrée essentielles.

  • Direction et force du vent
  • La vitesse du bateau par rapport au vent

Ensuite, pour améliorer le résultat, nous pourrions ajouter des données d’entrée avancées.

  • Courants de surface
  • Etat de la mer
  • Le choix des voiles
  • L’équipage

Certains de ces facteurs sont exogènes, comme le courant de surface qui s’ajoute ou se soustrait à la vitesse du bateau. D’autres sont des facteurs qui affectent la vitesse du bateau. Si la mer est agitée, nous ne pourrons pas maintenir la vitesse maximale que nous aurions dans une mer plate. De même, si nous avons déchiré une voile dont nous avons besoin, nous pourrions être pénalisés. L’équipage compte également, par exemple nous pouvons être amenés à diminuer l’efficacité attendue si nous naviguons en solitaire. Nous avons besoin de ces facteurs supplémentaires pour optimiser l’itinéraire et obtenir un résultat plus fiable.

Direction et intensité du vent dans l’optimisation de la route

Il est évident que ces données sont indispensables pour optimiser la route, c’est-à-dire pour faire du routage météo.Les fichiers d’entrée à fournir à notre logiciel de navigation sont appelés GRIB (GRIdded Binary). Il s’agit d’un format spécifique utilisé en météorologie, qui définit des grilles spatio-temporelles. Pour chaque point temporel, et chaque point de la grille, l’intensité et la direction du vent sont indiquées. Le fichier GRIB dans sa représentation visuelle est une carte des vents dont nous avons parlé dans un autre article.

Optimisation de la route - Données d'entrée - Fichiers GRIB
Optimisation de la route – Données d’entrée – Fichiers GRIB

Un fichier GRIB est spécifique à une zone de la surface terrestre et contient un nombre défini d’instantanés du vent. De nombreux systèmes pouvant être utilisés pour télécharger les fichiers, comme par exemple Saildocs qui permet de définir précisément quelles données vous souhaitez télécharger. Saildocs a été créé pour les connexions à faible bande passante via la radio SSB et vous permet de réduire la taille du fichier requis en le réduisant au minimum en omettant les informations moins importantes. D’autres services, en revanche, téléchargent de grandes zones avec de nombreux instantanés, créant des fichiers trop volumineux pour être téléchargés par satellite. Avec Saildocs, par email, vous envoyez une demande précisant les paramètres de la demande, et vous recevez le GRIB en réponse.

Vous pouvez spécifier les extrémités du rectangle de la zone géographique d’intérêt ainsi que la précision ou définition de grille. Par exemple, indiquer si la grille doit avoir un point tous les degrés, demi-degrés ou quarts de degré. La séquence temporelle de l’analyse et des prévisions à recevoir est indiquée ci-dessous. Par exemple en indiquant 0 (l’analyse) suivi de 3,6,9,12,15,18,21,24 (heures). Cela nous donne une photo toutes les 3 heures pendant 24 heures. Mais Saildocs est très flexible et nous pouvons l’adapter à nos besoins.

Vitesse du bateau dans l’optimisation de la route

La vitesse du bateau est définie par un autre fichier d’entrée qui décrit nos polaires. Ce n’est rien de plus qu’un tableau au format texte brut avec l’extension « pol« . Le tableau indique pour chaque rangée nos performances à des angles croissants par rapport au vent réel. Pour chaque colonne, nous avons une intensité de vent croissante. La référence est toujours le vent réel, donc le logiciel trouvera un point pour notre angle de vent de 60 degrés avec 10 nœuds d’air.

Optimisation de la route - Données d'entrée - Fichiers GRIB
Optimisation de la route – Données d’entrée – Fichiers GRIB

Il est important que le fichier polaire représente les vitesses réelles attendues pour les vents indiqués. Le concepteur du bateau fournit généralement des données théoriques calculées appelées VPP. L’acronyme signifie Velocity Prediction Program et surestime généralement les vitesses moyennes réelles. Le bateau tout droit sorti du moule est beaucoup plus léger et le programme sera basé sur son poids à vide avec un équipement de base.

Pour cela, vous devez adapter ou encore mieux calculer vos propres polaires. Pour les calculer, vous devez enregistrer des données de navigation, les logiciels de navigation comme Adrena ont des packages pour le faire. Les polaires, si elles sont représentées visuellement, sont des courbes, une pour chaque intensité de vent avec une ligne interpolée reliant les points du fichier

Les courants de surface dans l’optimisation de la route

En Méditerranée, vous pouvez les ignorer, mais les courants de surface sont très importants dans de nombreuses régions du monde. On peut les diviser en deux types, les courants permanents et les courants de marée. Les courants permanents sont par exemple ceux du Gulf Stream.

Optimisation de la route - Données d'entrée - Courants de surface
Optimisation de la route – Données d’entrée – Courants de surface

Les courants de marée dépendent plutôt de l’attraction lunaire de l’eau terrestre. Leur cycle est régulier et mathématiquement prévisible avec une excellente approximation. Pour cette raison, il est possible d’acheter des fichiers intégrables à notre logiciel de navigation pour les zones concernées. Il faut dire que les courants varient légèrement avec la pression atmosphérique mais ça serait un niveau de détail difficile à intégrer.

Optimisation de la route - Données d'entrée - Courants de surface
Optimisation de la route – Données d’entrée – Courants de surface

Le choix des voiles et l’état de la mer

Seuls certains logiciels de navigation très avancés comme Adrena permettent de prendre en compte le choix des voiles. En effet, si nous enregistrions nos polaires en indiquant notre configuration des voiles et l’état de la mer pour le logiciel de navigation, nous pourrions créer plusieurs fichiers. Lorsque nous irons optimiser l’itinéraire, nous pourrons indiquer au logiciel de navigation quelles conditions de mer nous attendons. Si nous avons déchiré une voile, il est possible de l’indiquer et si nos performances en souffrent et en tenir compte.

L’équipage dans l’optimisation de la route

Le facteur équipage est un facteur qui complète l’expérience. Tous les logiciels de navigation vous permettent d’indiquer un facteur d’efficacité avec lequel utiliser les polaires. On pourrait par exemple indiquer qu’en solitaire on navigue à 90% des polaires par rapport à l’équipage complet.

La somme de tous les facteurs

Dans cet exemple, nous voyons comment optimiser la route entre les Bermudes et Newport. Le résultat prend en compte le vent, le bateau et le Gulf Stream. Il peut éventuellement être corrigé par le choix des voiles et de l’équipage.

Optimisation de la route - La somme de tous les facteurs
Optimisation de la route – La somme de tous les facteurs

Optimiser la route: un exemple pratique

La première étape pour optimiser le parcours consiste à superposer des polaires sur le parcours. Étant donné le point de départ, calculez la première gamme de routes possibles jusqu’à ce que nous avons appelé la première isochrone. A partir de chaque point d’arrivée, nous répétons l’exercice en arrivant pour calculer la deuxième isochrone.

Optimisation de la route - Les polaires superposées à la route
Optimisation de la route – Les polaires superposées à la route

La route optimal ne sera autre que la série de segments qui atteint le premier waypoint. Je parle de segments car dans le calcul nous devrons définir un intervalle de temps des isochrones. Plus l’intervalle de temps est court, plus la précision dans l’optimisation de la route est bonne. Cependant, la puissance de calcul nécessaire pour obtenir un résultat est également plus importante. Sur un trajet court, cela n’a pas beaucoup d’importance, mais sur les simulations de longue distance, nous devons en tenir compte. Afin d’optimiser le parcours sur une longue distance, les isochrones peuvent être toutes les 6 heures. Sur un trajet court toutes les demi-heures ou toutes les heures au maximum.

Optimisation de la route - Isochrones et la route optimale
Optimisation de la route – Isochrones et la route optimale

Optimiser la route: les principales limites

L’optimisation de la route souffre de toute une série de limitations que l’expert pourra prendre en compte:

  • Inexactitude des prédictions du fichier GRIB
  • Polaires irréalistes
  • Interpolation espace/temps des fichiers GRIB
  • Conditions moyennes versus conditions instantanées
  • Tout phénomène local non modélisé
  • Données non disponibles sur les courants de surface

→ L’itinéraire calculé n’est qu’une indication

Exemples de limitations des données d’entrée

Le logiciel de navigation est basé sur les données d’entrée que nous lui transmettons donc inévitablement plus la qualité est mauvaise, plus le résultat est mauvais. Dans un autre article, nous avons discuté des limitations des cartes de vent ou des fichiers grib. En particulier, nous avons parlé des problèmes liés aux vents légers, qui sont souvent devinés par le modèle. On a aussi parlé d’interpolation spatio-temporelle. Par cela, nous voulions souligner que les cartes de vent n’indiquent pas les changements de vent lorsqu’un front passe. Au lieu de cela, ils nous présentent des données en rotation progressive qui ne correspondent pas à la réalité. Lorsque nous allons optimiser un itinéraire, nous devons en tenir compte.

Stratégie passive

Sans aucune information sur les prévisions météorologiques, en voyageant de A à B, nous devrons suivre une stratégie passive. Dans l’exemple au milieu de notre parcours le vent tourne du Sud-Est au Sud-Ouest. Cela se produit soudainement lorsqu’un front chaud passe. Si nous ne cherchons pas à optimiser le parcours, nous naviguerons au travers sur la première partie de notre étape. Dans la deuxième partie, nous nous retrouvions avec le vent par derrière à devoir empanner à plusieurs reprises.

Optimisation de la route - Stratégie passive
Optimisation de la route – Stratégie passive

La route calculé par le logiciel de navigation

Dans un exemple comme celui-ci, le logiciel observera une rotation progressive du vent à partir des données d’entrée et de ses éventuelles interpolations. Ceci est indiqué par les petites flèches tandis que les plus grandes indiquent le vent réel qui, comme mentionné, tourne soudainement lorsque le front passe. Avec ces données le logiciel de navigation calculera un itinéraire optimal qui définira une courbe vers la ligne d’arrivée. Si nous le suivions exactement, nous nous demanderions pourquoi le vent ne tourne pas progressivement comme prévu. Si nous n’avons pas étudié la carte synoptique, nous comprendrons à peine que nous devons voir le passage d’un front.

Il est clair que suivre aveuglément la route indiqué par le logiciel de navigation serait une erreur. Si nous avons étudié le tableau synoptique, nous saurions déjà ce que le logiciel essaie de nous dire. Si nous ne l’avons pas étudié, nous pouvons instantanément faire une déduction en observant l’itinéraire optimal suggéré.

Optimisation de la route - Route calculé par le logiciel
Optimisation de la route – Route calculé par le logiciel

La route optimal

Avec une saute de vent comme celle indiquée, le parcours optimal est en fait une route interrompue en deux segments. C’est-à-dire que pour ne pas se retrouver vent arrière dans la seconde moitié de la course, il vaut mieux rester plus à gauche dans un première moitié. En faisant cela au passage du front nous aurons un excellent angle au vent pour arriver à la ligne d’arrivée. Le marin expérimenté comprendra ce que le logiciel voulait dire avec son itinéraire optimisé, mais ne le suivra pas littéralement. En comprenant la dynamique du passage du front le skipper interprétera le résultat et choisira de rester à gauche sur la première moitié de l’étape.

La stratégie globale doit également tenir compte de ce que font les autres. Il ne faut pas partir en vol mais rester avec le groupe de bateaux qui a anticipé le passage du front et commencer l’étape en s’éloignant légèrement au portant. Une stratégie relative, ni passive, ni absolue, tenant compte de la course et des concurrents.

Optimisation de la route - Isochrones et la route optimale
Optimisation de la route – Isochrones et la route optimale

Comment améliorer les données d’entrée

Pour obtenir un résultat fiable nous pouvons intervenir pour essayer de minimiser l’erreur de calcul :

  • Fichiers GRIB mis à jour (et haute résolution)
  • Polars réalistes sur les données collectées lors de la navigation réelle
  • Plus de polaires pour différentes conditions de mer
  • Plus de polaires pour la navigation en équipage ou en solitaire
  • Logiciel avec gestion des voiles
  • Données relatives aux courants connus et courants de marée
  • Vérification des données de output et « back testing« 

Interpréter les résultats du logiciel

Optimisation de la route - Vérifiez les données du logiciel
Optimisation de la route – Vérifiez les données du logiciel

Le résultat fourni par le logiciel doit toujours être interprété. La différence entre un grand marin et un débutant réside dans la capacité à interpréter les données. En navigation, je me suis toujours demandé «qu’est-ce que le logiciel essaie de me dire?» C’est-à-dire qu’en observant le résultat de l’itinéraire optimal, vous devez faire l’effort de comprendre pourquoi vous vous écartez du parcours le plus court.

De plus, on ne peut pas faire les courses sans tenir compte de ce que font les autres. S’appuyer totalement sur un logiciel et emprunter une route différent de tout le monde est rarement gagnant. Quand c’est gagnant, c’est souvent la chance du débutant, car le coureur expérimenté disposait des mêmes informations. S’ils n’ont pas choisi votre itinéraire, vous devez vous demander pourquoi. Voici quelques conseils à toujours garder à chaque course:

  • Vérifier le positionnement des concurrents
  • Évitez les routes extrêmes
  • Restez avec le groupe
  • Choisir une stratégie par rapport aux autres
  • Évaluer le risque/bénéfice des choix
Optimisation de la route - Cap Horn
Optimisation de la route – Cap Horn

C’est le skipper qui fait la différence

Malgré le logiciel très avancé pour optimiser la route, c’ est toujours le skipper qui fait la différence. Voici quelques conseils récapitulatifs après de nombreuses situations réelles, de nombreuses erreurs et plus de 60 000 miles de course:

  • Connaître la météo et la gestion optimale du bateau par rapport à celle-ci
  • Savoir gérer les ressources disponibles (bateau, énergie, sommeil)
  • Savoir gérer les informations disponibles
  • Savoir tirer le meilleur parti des outils mis à votre disposition, comme le logiciel de calcul de la route
  • Connaître en profondeur les limites des données d’entrée, des modèles et des outils
  • Savoir identifier la route avec le meilleur risque/bénéfice
  • Savoir se positionner par rapport aux concurrents, stratégie relative et couvrir les autres
  • Savoir changer de stratégie tout en minimisant les pertes si la situation change
  • Être capable d’identifier les signes d’une mauvaise prévision météorologique
  • S’entraîner et préparer – également à l’utilisation de logiciels et de préparation de données polaires
  • etc.

Si vous n’êtes pas sûr
→ prendre le chemin le plus court
→ naviguer vite

Optimisation de la route - Cap Horn
Optimisation de la route – vers Cap Horn