Notre compréhension des océans du monde entier est sur le point de faire un bond en avant grâce à l’intelligence artificielle et aux technologies numériques. À l’avant-garde de cette révolution se trouve le projet Digital Twin of the Ocean, financé par l’UE.
L’intelligence artificielle et d’autres nouvelles technologies promettent de révolutionner notre compréhension de l’océan dans les années à venir. Mais l’élément crucial, ce sont les données, et il y a tout un océan de données à collecter et à traiter. Pour en savoir plus, Denis Loctier d’L’Observatoire de l’Europe s’est rendu en Adriatique et en mer du Nord, où il a rencontré certains des nombreux scientifiques qui collectent des données pour contribuer à la mise en place du projet révolutionnaire de l’UE, le Digital Twin of the Ocean.
Sur les traces des mers
Juste au large de la côte, près du château de Miramare à Trieste, des bouées jaune vif marquent un observatoire côtier, qui fait partie du réseau de recherche écologique à long terme de l’Italie.
Depuis 1986, des scientifiques reviennent chaque mois à cet endroit précis pour recueillir des échantillons d’eau et effectuer diverses mesures, constituant ainsi une série de données scientifiques à long terme qui reflètent l’évolution de l’environnement côtier au fil des ans. Bruno Cataletto, biologiste marin à l’Institut national d’océanographie et de géophysique appliquée, fait partie de ces scientifiques. « Nous effectuons des analyses chimiques, mesurons les niveaux de nutriments, la salinité, la chlorophylle et les paramètres biologiques. Nous prélèverons également des échantillons de phytoplancton et de microzooplancton et les analyserons plus tard dans la journée en laboratoire », explique-t-il.
Les scientifiques publient les données collectées dans des bases de données en ligne, les rendant ainsi librement accessibles aux industries marines comme la pêche. Certaines de ces bases de données sont très complètes et incluent même des rapports de scientifiques citoyens. La chercheuse Valentina Tirelli a développé une application gratuite appelée « avvistAPP », qui permet à toute personne possédant un smartphone de signaler les observations de vie marine, comme les méduses, les dauphins, les tortues de mer et les espèces exotiques comme le crabe bleu.
« Lorsque les citoyens nous envoient leurs observations, nous les validons », explique Tirelli. « Cette combinaison de données citoyennes et de vérifications par les chercheurs crée des informations fiables. Ces données en libre accès sont disponibles dans la base de données EMODNet Biology, et peuvent être utilisées gratuitement par tous. »
IA et plateformes autonomes : une avancée majeure dans le domaine des données marines ?
EMODnet, le réseau européen d’observation et de données marines, collecte et partage des données provenant de toute l’Europe. Mais le traitement manuel des échantillons, comme le comptage du plancton au microscope, devient de plus en plus difficile. L’intelligence artificielle devrait accélérer considérablement ce processus, redéfinissant les possibilités offertes par les bases de données marines.
De la mer Adriatique italienne, nous passons à la côte belge de la mer du Nord. À la station marine d’Ostende, les chercheurs de l’Institut marin de Flandre utilisent déjà des caméras numériques et l’IA pour accélérer l’identification du plancton. Ce qui prenait autrefois une journée entière en laboratoire ne prend désormais plus que 30 minutes.
« Nous disposons de modèles d’IA formés à partir de nos images spécifiques et qui ont appris à reconnaître toutes ces espèces », explique Rune Lagaisse, écologue du plancton au VLIZ Flanders Marine Institute. « Ainsi, en quelques minutes, nous pouvons analyser un échantillon et obtenir une liste complète des espèces, ce qui nous fait gagner beaucoup de temps et d’argent », ajoute-t-elle.
Au lieu d’effectuer des prélèvements mensuels, les données marines peuvent désormais être collectées numériquement 24 heures sur 24. Nous avons embarqué à bord du navire de recherche belge Simon Stevin pour rencontrer les scientifiques qui rendent cela possible grâce à des plateformes sous-marines autonomes équipées de divers capteurs.
Klaas Deneudt dirige le projet DTO-BioFlow, financé par l’Europe, qui développe des normes communes pour alimenter tous types de données dans les bases de données massives de demain.
« Ce dont nous avons vraiment besoin, ce sont des données continues dans le temps. Nous devons vraiment prendre le pouls des mers et savoir ce qui se passe à chaque instant », nous dit-il.
Un signal à distance libère la bouée sous-marine, ramenant à la surface de précieux enregistrements acoustiques.
Les chercheurs collectent ces enregistrements à différents endroits de la mer du Nord belge. L’une des applications pratiques est le suivi de la présence de marsouins communs, de petits mammifères marins qui jouent un rôle crucial en tant que prédateurs supérieurs dans l’écosystème local.
Ces animaux produisent des sons qui dépassent l’audition humaine, mais les algorithmes d’IA peuvent les détecter dans les enregistrements, permettant aux chercheurs de cartographier leurs mouvements tout au long de l’année.
Ces données peuvent aider les industries bruyantes, comme l’éolien offshore, à planifier leurs activités afin de minimiser les perturbations des marsouins marins.
« En hiver, ils sont surtout présents », observe Elisabeth Debusschere, bioacousticienne au VLIZ, Institut flamand de la mer. « Et en été, ils sont moins présents dans les eaux belges. C’est donc très intéressant. Il pourrait également être intéressant pour l’industrie offshore de planifier ses activités. »
Jumeau numérique de l’océan
Dans un avenir proche, tous ces flux de données en continu convergeront vers un projet révolutionnaire : le jumeau numérique de l’océan. Son infrastructure de base, développée dans le cadre du projet EDITO-Infra financé par l’UE, a récemment été dévoilée lors d’un événement à Bruxelles.
« Le jumeau numérique de l’océan, c’est une réplique numérique de l’océan à l’intérieur de votre ordinateur », explique Alain Arnaud, responsable de l’océan numérique chez Mercator Ocean International. « C’est un endroit où vous pouvez rassembler toutes les informations dont vous disposez sur l’océan, et vous les mettez à disposition du grand public, de tous les scientifiques et décideurs. »
En intégrant différents types de données, ce modèle virtuel peut devenir un outil puissant pour résoudre des problèmes complexes. Simon van Gennip de Mercator Ocean International, une organisation à but non lucratif (en passe de devenir une organisation intergouvernementale) qui co-développe le jumeau numérique, a montré comment il peut être utilisé pour lutter contre la pollution plastique.
« Depuis les années 1990, nous connaissons tous les courants océaniques à l’échelle mondiale et pour chaque jour », explique van Gennip. « C’est un trésor, car nous pouvons l’utiliser pour déployer virtuellement des particules là où nous pensons qu’elles pénètrent dans l’océan depuis la côte. Et nous pouvons alors dire, d’où vient cette particule de plastique virtuelle, où est-elle transportée par les courants le lendemain, et ainsi de suite. Et puis, finalement, nous pouvons avoir une idée de la manière dont le plastique est transporté dans l’océan. Et c’est ce que nous pouvons faire grâce à un modèle que nous ne pouvons pas obtenir à partir d’observations dont nous ne disposons pas. »
Résoudre les défis du monde réel
Une autre application, présentée par Kelli Johnson de l’institut de recherche allemand Hereon, vise à trouver les moyens les plus efficaces pour restaurer les herbiers marins.
« Avec le jumeau numérique de l’océan, nous cherchons à intégrer les données pour simuler cela », explique le chercheur. « Si les herbiers et les prairies sous-marines devaient être plus grands, s’ils devaient être, par exemple, plantés à certaines profondeurs afin de voir l’impact que les prairies sous-marines, par exemple, pourraient avoir sur la résilience côtière et sur la hauteur des vagues et l’érosion côtière, nous avons déjà obtenu des résultats très intéressants qui montrent qu’ils ont un impact sur ces choses. Il est donc très important pour nous de pouvoir tester cela. »
Le jumeau numérique de l’océan promet de changer la donne pour les décideurs politiques. Il leur permettra de modéliser différents scénarios d’utilisation de la mer et de tester leurs résultats réalistes avant de prendre des décisions.
Kestutis Sadauskas, directeur général adjoint pour les affaires maritimes et la pêche à la Commission européenne, souligne les avantages potentiels : « Comment exploiter l’océan de manière durable ? Parce que nous devons continuer à pêcher, à produire de l’électricité à partir de l’énergie marine, à faire du transport maritime, à poser des câbles. Nous devons nous amuser en tant que touristes là-bas… Il sera moins coûteux de prendre des décisions, et de prendre des décisions plus justes avec moins d’erreurs si nous essayons de modéliser le processus avant de sortir dans la vraie vie », dit-il.
Des capteurs sous-marins aux observations par satellite et aux rapports des citoyens, toutes ces données fusionneront dans le jumeau numérique.
« Nous voulons exploiter de manière durable cette formidable ressource qu’est l’océan », souligne Klaas Deneudt. « Nous ne pouvons y parvenir que si nous travaillons en collaboration avec les différents pays riverains des mers, en rassemblant toutes les données dont nous disposons et en les rendant facilement accessibles. »
Une fois entièrement lancé, le jumeau numérique européen de l’océan mettra à disposition gratuitement une multitude de données océaniques, offrant ainsi aux chercheurs, aux décideurs politiques, aux entreprises et aux citoyens un nouvel outil futuriste pour tirer parti de l’océan de manière durable.
