L’AIS par satellite révolutionne le monde maritime

Si vous vous êtes intéressés au monde maritime ces dernières années, vous avez surement entendu parler de l’Automatic Identification System ou AIS, un système d’aide à la navigation aujourd’hui très répandu, permettant notamment de localiser la grande majorité des navires à travers le monde en quasi temps réel. Ce système a littéralement transformé le monde maritime en y apportant à la fois transparence et sécurité, tant pour la gestion de l’espace maritime que pour la navigation. Ce système embarqué est d’autant plus important que le trafic maritime ne cesse d’augmenter chaque année. L’exploitation des données AIS permet de prendre la pleine mesure de cette intensité et permet de dresser d’impressionnantes cartes du trafic maritime mondial.

Rendu obligatoire par l’Organisation Maritime Internationale (OMI) en 2004, l’AIS est aujourd’hui considéré comme un outil de sécurisation de la navigation. Il s’agit un avant tout un système d’échange de données entre les navires qui permet en outre d’afficher automatiquement la position des navires situés à proximité. L’évolution de l’AIS vers un système global s’appuyant sur un réseau de satellites – le Satellite based Automatic Identification System (S-AIS) – à partir de 2009 va permettre aux acteurs du secteur de garder un œil grand ouvert sur le trafic maritime n’importe où sur le globe et va favoriser l’émergence de nouveaux services et applications innovantes allant bien souvent au delà du simple cadre de la surveillance maritime, décryptage.

Qu’est ce que le système AIS ?

Le système d’identification automatique (AIS) est un système de suivi automatisé servant en premier lieu à détecter les autres navires à proximité ainsi que d’être détecté afin d’éviter les collisions. Embarqué ou installé sur des stations côtières, le système AIS utilise un transpondeur qui émet et reçoit automatiquement des messages radio VHF à intervalles régulières. Chaque message contient notamment les identifiant du navire, sa position GPS ainsi que des détails de son mouvement (trajectoire, vitesse et cap). Si le transpondeur n’est pas activé, il n’y a pas d’échange d’informations et le navire n’est pas localisé par ses pairs.

« L’AIS est initialement destiné à aider les navires à éviter les collisions, et les autorités portuaires et maritimes à surveiller la circulation et assurer un meilleur contrôle de la mer », Hervé Thery directeur de recherche au Credal-CNRS

Principe de fonctionnement du système AIS

Données transmises par l’AIS (source: digitalyacht.fr)

L’AIS est un système qui peut fonctionner en mode navire-navire comme en mode navire-terre. On retrouve aujourd’hui trois classes d’AIS:

• Le transpondeur AIS de Classe A est le plus puissant, il est exigé à bord des navires marchands de plus de 300 tonneaux ainsi qu’à bord des navires à passagers répondant aux normes SOLAS (marine marchande, ferries). Ce dernier permet de communiquer des informations supplémentaires (type de cargaison tirant d’eau, destination, estimation de l’heure d’arrivée, etc.) et d’émettre un message jusqu’à toutes les 2 ou 3 secondes.
• Le transpondeur AIS de Classe B concerne quant à lui les bateaux plus petits, tels que les navires de plaisance ou de pêche de moins de 15 mètres. Un transpondeur de classe B émettra un message toutes les 30 secondes.
• Le transpondeur AIS de Classe B+ (ou Classe B SOTDMA), a été créé pour combler l’écart entre les transpondeurs de Classe A et B. L’AIS de classe B+ utilise la même technologie que les transpondeurs AIS de Classe A afin de garantir qu’ils seront toujours en mesure de transmettre, même dans les zones à fort trafic. En fonction de la vitesse du bateau, l’AIS Classe B+ va adapter la fréquence d’émission des messages AIS jusqu’à 5 secondes.

Couverture côtière du système AIS en 2012 (source: Marine Trafic)

Les navires équipés de transpondeurs AIS sont en mesure de recevoir des informations AIS dans un rayon de 15-20 milles marins (28 à 37 km), les stations terrestres souvent situées sur des points hauts peuvent quant à elles étendre la capacité de réception à un rayon de 40 à 60 milles marins selon les obstacles et les conditions météorologiques. Le système AIS est donc initialement limité à certaines zones côtières, là où un récepteur AIS terrestre a été installé et ne peut donc couvrir en principe, toutes les mers du monde (voir carte ci-dessus).

La révolution vient de l’espace: les débuts du S-AIS

Né dans le contexte de l’après 11 septembre dans un soucis de limiter les vulnérabilités du territoire américain sur son domaine maritime face à la menace du terrorisme, l’AIS par satellite ou S-AIS va vite s’imposer comme une solution incontournable pour la surveillance maritime. Contrairement aux dispositifs traditionnels utilisé jusqu’ici, le S-AIS va permettre aux utilisateurs de s’affranchir des limites de la couverture terrestre et offrir un service de suivi global capable de couvrir les anciennes zones blanches principalement situées en haute mer.

Illustration S-AIS (source: ESA)

Ce sont les gardes côtes américains qui ont les premiers bénéficié de ce système en 2008, grâce au lancement par la société ORBCOMM d’une première constellation de six satellites embarquant des systèmes de réceptions AIS. Ce système a permis d’apporter une bien meilleure vision du trafic global ainsi que nouvelles opportunités en matière de surveillance maritime.

Une révolution boostée par le New Space

En quelques années, pas moins d’une dizaine d’acteurs du New Space ont fait leur apparition avec des projets de constellations de micro-satellites dotés de capacités S-AIS. Ces acteurs ont rapidement compris l’utilité de placer des récepteurs AIS dans l’espace pour proposer des services innovants, qui intéressent aussi bien les armateurs, les entreprises et les gouvernements. Une dizaine d’opérateurs (tels que Spire, Aistech Space, Tekever, Kleos Space, ou encore le français Unseenlabs) comptent déployer leurs propres constellations de nanosatellites dans les années à venir et proposer des services d’analyse pour exploiter efficacement les données AIS recueillies.

Nanosatellite AIS de la société SPIRE

Couverture globale de la constellation S-AIS proposée par d’ExactView

Certaines sociétés – à l’image d’ExactView et ORBCOMM – sont aujourd’hui considérés comme des acteurs stratégiques par leur gouvernement. Le Canada a d’ailleurs annoncé avoir investi 7,2 millions de dollars pour soutenir le développement et l’expansion d’ExactView RT, le service d’AIS par satellite en temps réel proposé par la société éponyme.

Associé à des satellites d’observation optique et SAR (Radar à synthèse d’ouverture), l’utilisation du S-AIS prend une tout autre dimension, en permettant à la fois d’assurer une surveillance globale et continue du monde maritime tout en permettant de s’affranchir des mauvaises conditions météorologiques (notamment grâce à l’imagerie SAR). L’utilisation du S-AIS offre la possibilité d’identifier simplement les navires imagés, et s’ils ne sont pas identifiables, le manque d’identité ou la tentative de dissimuler leur identité. C’est cette synergie naturelle qui a conduit à l’émergence de plateformes de surveillance maritime telles que Seonse d’E-GEOS ou plus récemment au rapprochement des sociétés SPIRE et ICEYE, pour fournir un service complet (S-AIS/Imagerie SAR) aux utilisateurs. Si ce mode de fonctionnement combiné était jusqu’alors limité par la fréquence de revisite des satellites, l’arrivée de constellations de petits satellites change littéralement la donne et ouvre de nombreuses perspectives.

Le potentiel des données AIS

Les données générées par le système AIS recèlent d’un énorme potentiel et de nombreux outils permettent aujourd’hui d’exploiter ces données. L’AIS permet notamment de récupérer des informations de différentes natures:

• Des information statistiques (N°MMSI, N°IMO, Nom, Type, Longueur et largeur)
• Des informations dynamiques (Position du navire, Vitesse et cap, statut de navigation, etc.)
• Des informations liées au trajet (Nature de la cargaison, port de départ/arrivée, etc.)

Les données qui transitent dans chaque message AIS permettent de constituer d’impressionnantes bases de données sur le trafic maritime mondial et de suivre en détail l’itinéraire de chaque navire grâce à son « identité de service mobile maritime » (ou N° MMSI), un code unique à 9 chiffre attribué à chaque unité AIS, qui constitue en l’identifiant du navire.

Fiche détaillée d’un navire. source: Marine Trafic

De nombreux sites spécialisés collectent les milliers de signaux AIS émis chaque jour en combinant à la fois les réseaux de stations AIS terrestres et systèmes AIS par satellites (S-AIS). Ces sites, tels que MarineTraffic ou VesselFinder permettent aux utilisateurs de visualiser ces données en temps réel, ainsi que d’accéder à un grand nombre d’informations archivées (historique de navigation, cargaisons, destination, etc.). Au delà de la vision globale qu’offrent ces outils sur le monde maritime, ils apportent un moyen plus précis d’observer les mouvements dans les ports ainsi que les routes maritimes et permettent des analyses plus fines et plus techniques qu’auparavant.

Vers des usages de plus en plus variés

Bien que l’AIS ait été créé en premier lieu en tant que système de sécurité maritime, son développement par satellite a permis d’étendre son utilisation à des domaines très variés, allant des problématiques environnementales à l’optimisation de la maintenance des navires. Voici quelques cas d’usage concrets d’optimisations s’appuyant sur les données AIS.

Maintenance

La précision des données collectées par le S-AIS permet aux armateurs de recueillir de précieuses informations sur les heures de fonctionnement de leurs navires et de déterminer le moment idéal pour planifier la maintenance de la coque et des machines afin d’exploiter au mieux le potentiel de leur flotte.

Commerce

Le système S-AIS apporte également plus de transparence dans le commerce mondial – notamment dans le domaine énergétique – en permettant à la fois le suivi et la localisation des marchandises et en estimant avec précision leur arrivée au port de destination. Ces informations détaillées, font le bonheur des courtiers et permettent aux négociants de prévoir avec précision les prix quotidiens dans de nombreux ports du monde.

Programme CleanSeaNet

Environnement

L’AIS joue aujourd’hui un rôle important dans la préservation de l’environnement maritime. Combiné aux images prises par les satellites, l’AIS va permettre de d’identifier les navires à l’origine de déversements illégaux dans les eaux contrôlées et permettre aux autorités de réagir plus rapidement et de sanctionner les navires qui enfreignent la réglementation, à l’image du programme CleanSeaNet mis en place par l’European Maritime Safety Agency (EMSA). La marine italienne a récemment confirmé que l’usage de l’AIS a permit une réduction spectaculaire des rejets illégaux en Méditerranée.

Bateau de pêche.

Opération de transbordement en pleine mer. Image: DigitalGlobe

Pêche illégale

L’AIS va également permettre d’appuyer la lutte contre la pêche illégale et étudier les parcours des bateaux de pêche. Chaque navire ayant traversé une zone connue pour être contaminée ou interdite à la pêche peut ainsi être identifié par les autorités compétentes, facilitant ainsi la prise de mesures adéquates.

Un système vulnérable ?

Si le système AIS est aujourd’hui considéré comme le meilleur système de détection utilisé dans le monde maritime, il ne permet pourtant pas de détecter tous les navires et de fait, ne permet pas d’apprécier la situation d’une zone maritime de manière exhaustive. De plus, la fiabilité du système est largement perfectible. Sans aucune redondance des équipements, le système AIS est susceptible de tomber en panne ou de générer des informations erronées si le matériel est défectueux.

Il important de noter qu’avec ses caractéristiques techniques publiques, le système AIS est vulnérable aux risques de brouillage et de leurrage. La menace de leurrage est particulièrement préoccupante dans la mesure où il est aujourd’hui possible de créer de fausses informations AIS (signal de détresse, fausse localisation, etc.) pour attirer un navire ciblé dans un piège, sans que ce dernier n’ait la possibilité de vérifier l’authenticité du message.

Toutefois, sans rentrer dans la complexité technique du leurrage, l’AIS représente une aubaine pour les pirates qui profitent de l’accessibilité du système AIS pour identifier et localiser des cibles potentielles. Grâce aux terminaux AIS aujourd’hui conçus pour les plaisanciers, il suffit de quelques centaines d’euros pour s’équiper, ce qui permet aux pirates d’acquérir la capacité de visualiser les navires autour de leur position.

Un large potentiel à développer

Véritable outil opérationnel dédié au monde maritime, l’AIS est devenu grâce aux satellites, un outil global et incontournable, aujourd’hui utilisé par une pluralité d’acteurs. D’abord dédié à la sécurité maritime, le S-AIS a considérablement amélioré la sécurité du monde maritime ces dernières années. Son usage à ouvert de nombreuses opportunités et a permis l’émergence d’applications très variées. Les possibilités d’exploitation des informations AIS soulignent le caractère global du dispositif, son adoption a eu un fort impact sur le monde maritime. La généralisation et la transparence qu’offre le système AIS pose cependant des problèmes de confidentialité et de sécurité pour les armateurs, car les données transmises par le système sont à la portée de tous.

La révolution du New Space contribue largement à la révolution qui s’opère dans le monde maritime, grâce notamment à la multiplication des constellations de satellites équipées du système AIS. Une véritable économie de la donnée se met en place, appuyée à la fois par la convergence des systèmes S-AIS et des satellites d’observation. L’usage combiné de données AIS avec d’autres contenus issus de différentes sources ouvre la porte vers de nouvelles opportunités et permet de répondre à différentes finalités et usages. La mise en place de plateformes permettant d’exploiter le potentiel des données AIS reste un défi majeur tant les données collectées sont nombreuses et volumineuses, mais cette approche semble aujourd’hui indispensable pour créer de nouveaux services innovants et toucher une large communauté d’utilisateurs.

Jean-Philippe Morisseau

 

Bibliographie

1. Loretta Andrew « Satellite AIS, Big Data & Geospatial Intelligence: Looking Back at GEOINT 2015 » https://blog.orbcomm.com/satellite-ais-big-data-geospatial-intelligence-looking-back-at-geoint-2015/
2. Blog digitalyacht « Explication du nouveau standard AIS Classe B SOTDMA » https://digitalyacht.fr/blog/2018/11/classeb-sotdma/
3. Serry Arnaud, Leveque Laurent, « Le système d’identification automatique (AIS): Une source de données pour étudier la circulation maritime » https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01724139/document
4. Théry Hervé, « Marine Traffic Project, un outil d’observation des routes et des ports maritimes » https://mappemonde-archive.mgm.fr/num32/internet/int11401.html
5. Thomas Guy, « Enhanced maritime situational awareness with Satellite AIS » https://www.geospatialworld.net/article/enhanced-maritime-situational-awareness-with-satellite-ais/
6. Clément Iphar, Aldo Napoli, Cyril Ray, Erwan Alincourt, David Brosset « Risk Analysis of falsified Automatic Identification System for the improvement of maritime traffic safety » https://hal-mines-paristech.archives-ouvertes.fr/hal-01421905/document