Mercator Ocean International

BG4Sea : Faire progresser les prévisions saisonnières basées sur l’IA pour les écosystèmes marins

Des modèles numériques aux prévisions saisonnières assistées par l’IA, BG4Sea illustre l’approche de pointe de Mercator Ocean en matière de prévision des écosystèmes marins.

BG4Sea utilise l’apprentissage automatique pour reproduire le système mondial de prévision biogéochimique de Mercator Ocean.

Les écosystèmes marins subissent une pression croissante due au changement climatique, qui affecte le cycle mondial du carbone, la productivité des océans, la biodiversité et les moyens de subsistance des populations. Il est essentiel d’anticiper ces changements pour assurer le suivi, la gestion durable et la prise de décisions tenant compte du climat.

Chez Mercator Ocean International, ce défi est relevé grâce à des modèles numériques de pointe, complétés par une stratégie globale en matière d’intelligence artificielle couvrant la physique et la biogéochimie, développée conjointement pour répondre à divers horizons de prévision et objectifs scientifiques.

Les écosystèmes marins sont au cœur de notre mission. » Il est essentiel, tant sur le plan scientifique que politique, de consolider et d’étendre nos travaux au-delà de la physique océanique pour englober l’ensemble des écosystèmes marins. « En adoptant une vision plus large de l’océan et en tirant parti de l’intelligence artificielle, de l’innovation numérique et des partenariats stratégiques, nous pouvons mieux comprendre et prévoir les changements au sein des écosystèmes, ce qui favorise une gestion durable et une prise de décision éclairée. » — Stefano Ciavatta, responsable des écosystèmes marins, Mercator Ocean International.

Des modèles numériques aux prévisions saisonnières basées sur l’IA

Mercator Ocean s’appuie sur des modèles numériques à haute résolution, notamment le cadre couplé NEMO/PISCES, qui simule la physique et la biogéochimie océaniques. Ces modèles fournissent des prévisions allant des produits opérationnels à court terme aux projections climatiques.

L’exécution de modèles biogéochimiques à haute résolution sur de longues périodes nécessite d’importantes ressources informatiques, ce qui limite les prévisions saisonnières régulières.

BG4Sea relève ce défi en recourant à l’apprentissage automatique (ML) pour simuler BIO4, le système mondial de prévision biogéochimique de Mercator Ocean. Loin de vouloir remplacer les modèles numériques, BG4Sea reproduit leurs résultats à un coût de calcul bien moindre, ce qui permet :

  • Prévisions biogéochimiques à l’échelle saisonnière (au-delà de l’horizon habituel de 10 jours)
  • Une capacité de prévision compétitive dont la précision ne se dégrade que très peu à mesure que les horizons de prévision s’allongent
  • Flexibilité en matière de résolution spatiale, des applications mondiales aux applications régionales

BG4Sea en pratique

Développé par Gabriela Martinez Balbontin, doctorante, BG4Sea s’appuie sur les modèles physiques (GLORYS12) et biogéochimiques (BIO4) de Mercator Ocean pour produire des prévisions saisonnières à un coût de calcul bien inférieur à la normale. Sa conception flexible permet d’établir des prévisions à différentes échelles géographiques, du niveau mondial au niveau régional, et pourrait être améliorée à l’avenir en intégrant des observations réelles.

« Le développement de BG4Sea a été une occasion passionnante d’explorer comment l’IA peut améliorer notre capacité à prévoir la biogéochimie marine à l’échelle saisonnière. » « En nous appuyant sur des modèles numériques fiables, nous pouvons produire des prévisions plus rapides et plus souples qui facilitent le suivi et la gestion, tout en restant ancrés dans une science rigoureuse », a déclaré Gabriela.

Reconnaissance de la part de la communauté « AI for Science »

BG4Sea s’est récemment vu décerner un prix pour son poster par la communauté NeurIPS@Cam lors du sommet « AI for Science », ce qui témoigne de l’intérêt croissant de la communauté des chercheurs en IA pour les applications océanographiques robustes et axées sur l’impact. Ce prix met en avant à la fois la pertinence scientifique des prévisions saisonnières relatives aux écosystèmes marins et l’importance de développer des approches basées sur l’intelligence artificielle qui restent étroitement liées à des modèles numériques fiables.

BG4Sea s’inscrit dans le cadre de la capacité d’IA multidomaine «   de Mercator Ocean

BG4Sea constitue un élément clé de la stratégie globale de Mercator Ocean en matière d’intelligence artificielle, qui couvre la physique, la biogéochimie et plusieurs horizons de prévision :

  • L’IA au service de la physique – GLONET : simule des modèles océaniques physiques pour des prévisions à court terme, dont les performances sont comparées à celles de systèmes opérationnels tels que GLO12.
  • L’IA au service de la biogéochimie – BG4Sea : ce projet se concentre sur les processus biogéochimiques et les prévisions saisonnières, en s’inspirant de BIO4 plutôt que de modèles physiques.
  • Cadre de validation – OceanBench : sert actuellement à évaluer les performances des modèles d’IA pour les prévisions physiques à court terme ; son champ d’application sera bientôt étendu à la biogéochimie, aux applications régionales et aux horizons de prévision plus longs.
  • Infrastructure numérique – « EU Digital Twin Ocean » : fournit le cadre informatique et opérationnel nécessaire au développement, aux essais et au déploiement à grande échelle de prévisions océaniques basées sur l’intelligence artificielle.

La distinction décernée à BG4Sea souligne son rôle en tant qu’acteur phare de cet écosystème d’IA, illustrant ainsi comment l’IA vient compléter les modèles numériques pour fournir des prévisions plus rapides, plus complètes et scientifiquement fiables.

Perspectives d’avenir

BG4Sea montre comment l’intelligence artificielle peut étendre les prévisions relatives aux écosystèmes marins à de nouveaux horizons temporels, en complétant les modèles numériques pour fournir des prévisions plus rapides, plus efficaces et scientifiquement rigoureuses.

Cette approche soutient la surveillance des océans, la gestion de l’environnement et la prise de décision fondée sur les données climatiques, tout en illustrant la stratégie cohérente de Mercator Ocean en matière d’intelligence artificielle.

Aux côtés de GLONET et d’OceanBench, BG4Sea témoigne de l’engagement de l’organisation à faire progresser l’océanographie opérationnelle grâce à une capacité d’IA multidomaine fondée sur la science.

Mercator Ocean développe une capacité d’IA multidomaine intégrée et fondée sur la science, qui vient compléter les modèles océaniques numériques afin de fournir des prévisions océaniques fiables couvrant la physique, la biogéochimie et plusieurs horizons temporels, à l’échelle mondiale », conclut Yann Drillet, responsable du département Recherche & -développement.

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