À une époque où le changement océanique s’accélère, où les menaces pour l’environnement augmentent et où le climat se dérègle, il n’a jamais été aussi important de comprendre et de prévoir l’environnement marin. Mercator Ocean soutient cette démarche en intégrant l’intelligence artificielle (IA) dans ses systèmes de modélisation et en étant à la pointe de l’innovation avec le développement du Jumeau Numérique Européen (EU DTO).
Mieux comprendre et prévoir l’océan à l’ère de l’IA
Il est essentiel de comprendre et de prévoir avec précision la dynamique des océans pour préserver les écosystèmes marins et favoriser la prise de décisions durables.
Les progrès récents de la technologie numérique, en particulier de l’IA, révolutionnent la manière dont les experts peuvent observer, analyser et simuler l’océan. Alors qu’auparavant les scientifiques s’appuyaient uniquement sur la modélisation conventionnelle, ils sont désormais équipés d’outils capables de générer des informations complexes, basées sur des données, avec une rapidité et une précision accrues.
Alain Arnaud, responsable de l’océan numérique chez Mercator Ocean, explique : « L’intelligence artificielle n’est pas un simple outil. Il change la donne et nous permet de comprendre et de prévoir l’évolution des océans avec une précision et une rapidité sans précédent. Chez Mercator Ocean, nous exploitons l’IA pour transformer de vastes quantités de données marines en informations exploitables, ouvrant ainsi la voie à une gestion durable des océans. »
Les méthodes conventionnelles de prévision océanique reposent sur des modèles physiques sophistiqués fondés sur les lois fondamentales de la physique. Ces modèles sont depuis longtemps la pierre angulaire de l’océanographie opérationnelle, car ils fournissent des simulations et des prévisions fiables des principaux processus et indicateurs marins. Cependant, elles nécessitent une puissance de calcul importante et prennent souvent beaucoup de temps pour produire des prévisions. Dans le même temps, ces modèles doivent faire face à la croissance rapide du volume et de la diversité des données marines, qui vont des observations par satellite aux mesures collectées par les réseaux d’instruments in situ déployés dans tout l’océan.
C’est précisément là que l’IA prouve sa valeur. Capable d’apprendre à partir de données historiques, y compris des sorties de modèles physiques, de reconnaître des modèles et de produire des prévisions rapides, l’IA ouvre de nouvelles possibilités pour prévoir l’état de l’océan de manière plus réactive. En ce qui concerne les prévisions relatives aux océans, cela signifie que.. :
- Prévisions produites en secondes au lieu d’heures ;
- Sur des ordinateurs GPU utilisant beaucoup moins de ressources que les centres HPC.
- +Amélioration de 20 % de la précision de la prédiction du courant océanique, par exemple.
Exploiter l’IA pour les prévisions océaniques chez Mercator Ocean
En réponse au besoin croissant de prévisions océaniques plus réactives et basées sur des données, Mercator Ocean a activement exploré la façon dont l’IA peut compléter et renforcer ses capacités de modélisation existantes. S’appuyant sur des décennies d’expertise en océanographie physique, et en modélisation et simulation numérique, Mercator Ocean intègre l’IA non pas en remplacement des méthodes traditionnelles, mais comme un outil supplémentaire au service d’un calcul plus rapide, d’une intégration plus large des données, et d’approches prévisionnelles plus flexibles.
Au cœur de cette transformation se trouve la capacité de l’IA à traiter de vastes quantités de données océaniques collectées à partir de diverses sources. Il s’agit notamment d’observations par satellite, de capteurs in situ et d’ensembles de données de réanalyse, qui sont des simulations sur de longues périodes permettant de reconstituer de manière cohérente l’état des océans dans le passé. Mercator Ocean produit et affine ces réanalyses depuis des décennies, générant des ensembles de données de référence de haute qualité qui servent de base à une analyse robuste des tendances océaniques. Ces archives de données, telles que GLORYS12 (GLObal ReanalYSes at 1/12 of degree), sont non seulement essentielles pour les prévisions opérationnelles, mais constituent également un terrain d’entraînement idéal pour les modèles d’intelligence artificielle, qui ont besoin de données historiques importantes et bien conservées pour apprendre et déchiffrer la dynamique complexe des océans.
En appliquant l’apprentissage automatique et les réseaux neuronaux profonds, Mercator Ocean a développé des systèmes et des outils capables de produire des prévisions en quelques secondes, par rapport aux méthodes conventionnelles qui nécessitent généralement plusieurs heures de calcul. Cela ne se fait pas au détriment de la précision scientifique, car nous travaillons en tandem avec la modélisation physique pour fournir des prévisions qui sont à la fois opportunes et enracinées dans la physique des océans.
GLONET, le système phare de prévision basé sur l’IA de Mercator Ocean, illustre cette approche. S’appuyant sur de nombreuses années de données de réanalyse, il simule les courants océaniques, la température et la salinité sur 21 niveaux verticaux à l’échelle mondiale, fournissant des prévisions à 10 jours en moins de 10 secondes. Par rapport aux modèles traditionnels, GLONET (GLObal Neural Network) permet d’ améliorer de 10 à 15 % la précision des prévisions de courant océanique. Le modèle apporte de la flexibilité aux prévisions opérationnelles et offre une opportunité révolutionnaire d’explorer de nouvelles méthodes d’analyse de scénarios et de simulation de la réponse climatique.
Actuellement en phase pilote au sein du Jumeau Océan européen, GLONET illustre l’engagement de Mercator Ocean en faveur de l’innovation fondée sur la science. Dans ce contexte, l’IA n’est pas une solution autonome, mais un catalyseur et un catalyseur d’une transformation plus large de la prévision océanique.
Le Jumeau Numérique de l’Océan européen au service de l’intelligence océanique
Les défis auxquels notre océan est confronté requièrent à la fois des connaissances scientifiques et la capacité de traduire les données en connaissances exploitables. Répondant à cet impératif, la Commission européenne a lancé le Jumeau Numérique de l’Océan (EU DTO), une initiative transformatrice conçue pour soutenir la prise de décision grâce à une réplique numérique avancée de l’océan. Cet effort répond directement aux priorités mondiales telles que le défi 8 de la Décennie des Nations unies pour l’océan, qui appelle au développement d’une « représentation numérique de l’océan » afin de mieux relier les connaissances aux parties prenantes et d’orienter la gouvernance durable de l’océan.
Le Jumeau Numérique de l’Océan européen fournit une plateforme interactive pour observer les conditions actuelles de l’Océan, comprendre les changements historiques et explorer les scénarios futurs. Sa capacité à simuler des scénarios de type « what if » dans le cadre de différents scénarios climatiques ou de pression humaine en fait un outil de planification inestimable pour la résilience et la durabilité.
Au cœur de l’ODD de l’UE se trouve une infrastructure numérique sophistiquée combinant l’IA, le calcul à haute performance et la modélisation numérique avancée. Ce système intégré permet non seulement une simulation rapide, mais aussi l’assimilation et l’ interprétation de vastes données multi-sources, un atout essentiel pour la modélisation d’interactions complexes.
La pierre angulaire de ce système est son « lac de données », un référentiel flexible et évolutif qui stocke des données marines sous différents formats, y compris des observations par satellite et in situ, ainsi que des résultats de modèles. Cette approche est particulièrement adaptée aux applications d’intelligence artificielle, qui dépendent d’ensembles de données importants, diversifiés et non filtrés pour fonctionner efficacement.
Mercator Ocean joue un rôle central dans la construction de l’infrastructure DTO de l’UE, en dirigeant l’intégration des données et des services de modélisation dans le cadre du projet EDITO-Infra. En collaboration avec des partenaires tels que l’ Institut marin de Flandre (VLIZ), Mercator Ocean est chargé de fusionner les actifs du service marin Copernicus et d’ EMODnet dans un cadre numérique unifié. Ce faisant, elle apporte son expertise en matière de prévisions océaniques, ses modèles d’IA innovants tels que GLONET et son engagement de longue date en faveur de l’excellence scientifique au cœur de l’écosystème européen d’intelligence océanique.
Par conséquent, le Jumeau Numérique de l’Océan européen est plus qu’une plateforme technologique, c’est un instrument permettant de traduire les données de l’Océan en connaissances exploitables. Avec l’intelligence artificielle servant de catalyseur central, et Mercator Ocean apportant une expertise clé en matière de prévisions océaniques et d’intégration de données, l’initiative redéfinit la façon dont l’Europe surveille, comprend et réagit à l’état évolutif de l’environnement marin.