Face au risque posé par les vagues scélérates en haute mer, des chercheurs ont utilisé l’IA pour analyser des siècles de données océaniques, aboutissant à un algorithme capable de prédire ces phénomènes. Ce nouvel outil est crucial pour la navigation puisqu’il permet d’ajuster les itinéraires maritimes en fonction des risques identifiés et marque un progrès significatif dans la prévention des dangers maritimes.
Par Laurie Henry
Des vagues scélérates décryptées grâce à des données historiques
Les vagues scélérates, ces phénomènes maritimes imprévisibles et redoutés, ont longtemps défié la compréhension scientifique. Historiquement considérées comme des anomalies océaniques rares et dangereuses, elles représentent un risque significatif pour la navigation maritime. Elles se distinguent par leur taille gigantesque, souvent deux fois plus grandes que les vagues ordinaires, et peuvent survenir sans avertissement, rendant la navigation en haute mer particulièrement risquée. La compréhension des mécanismes qui les engendrent est donc d’une importance capitale pour la sécurité maritime.
Récemment, une collaboration entre l’Université de Copenhague et l’Université de Victoria a conduit à une percée dans la prédiction de ces vagues (Dion Häfner, et al., 2023). Leur effort de recherche est remarquable tant par son ampleur que par sa profondeur. En se penchant sur plus d’un milliard de vagues, ces scientifiques ont pu accéder à une fenêtre temporelle couvrant 700 ans d’activité océanique. Ceci permet d’observer les vagues sous de nombreux cycles climatiques et conditions météorologiques, offrant ainsi une perspective complète sur leur comportement à travers les âges.
Ces données ont été recueillies grâce à un réseau de bouées positionnées dans 158 localisations stratégiques à travers le monde. Chaque bouée a joué le rôle d’un observateur silencieux sans discontinuité, 24h/24h, enregistrant inlassablement des informations détaillées sur les vagues, telles que leur hauteur, leur périodicité, et leur force.
Une révolution méthodologique grâce à l’intelligence artificielle
L’application de l’intelligence artificielle (IA) dans l’analyse des données océaniques a marqué un tournant décisif dans la recherche sur les vagues scélérates. En effet, face à l’immensité et à la complexité des données recueillies, l’IA est un outil puissant et indispensable. L’objectif principal était de transformer ces données brutes, vastes et hétérogènes, en un modèle prédictif fiable et précis.
Les auteurs expliquent dans un communiqué s’être appuyés sur des méthodes avancées d’apprentissage automatique, en particulier la régression symbolique. Cette technique se distingue par sa capacité à générer des modèles mathématiques explicites à partir de données. Contrairement aux approches traditionnelles d’apprentissage automatique, qui se concentrent souvent sur la prédiction sans fournir une compréhension claire des relations sous-jacentes, la régression symbolique crée des équations qui reflètent les relations causales entre les variables. Dans le contexte de cette étude, cela signifie identifier comment différents facteurs océanographiques interagissent pour former une vague scélérate.
L’avantage de cette approche est double. D’une part, elle permet aux chercheurs de comprendre non seulement que certaines conditions peuvent mener à la formation de vagues scélérates, mais aussi comment et pourquoi ces interactions se produisent. D’autre part, les équations générées par la régression symbolique peuvent être utilisées pour prédire l’apparition de ces vagues. Cela représente une avancée majeure par rapport aux méthodes précédentes, qui se basaient principalement sur des observations et des expériences empiriques.
Un nouveau regard sur la formation des vagues scélérates
Auparavant, les chercheurs estimaient que ces vagues géantes étaient principalement le résultat d’un processus d’accumulation d’énergie, quand une vague absorbe progressivement l’énergie des vagues adjacentes et grandit de manière significative en taille et en puissance. Cependant, les résultats de cette recherche indiquent que le phénomène de superposition linéaire joue un rôle beaucoup plus crucial dans la genèse de ces vagues monstrueuses.
Les causes des vagues scélérates en tant que DAG causal (graphe acyclique dirigé). Les flèches A → B impliquent que A provoque B. © Dion Häfner, et al., 2023
La superposition linéaire est un concept physique qui se produit lorsque deux ondes ou plus se croisent et s’additionnent. Dans le contexte des vagues océaniques, cela signifie que lorsque deux systèmes de vagues distincts se rencontrent, leurs crêtes et creux peuvent s’aligner de manière à s’additionner. Cette conjonction peut aboutir à la formation soudaine d’une vague dont la hauteur est nettement supérieure à celle des vagues individuelles composantes.
Cette découverte est significative, car elle change notre compréhension des dynamiques océaniques. Elle suggère que les conditions nécessaires à la formation des vagues scélérates pourraient être plus fréquentes et moins exceptionnelles que ce que l’on croyait auparavant. En effet, la superposition linéaire est un phénomène relativement courant dans les océans, où de multiples systèmes de vagues se croisent régulièrement.
Vers une navigation plus sûre
Cette nouvelle perspective sur la formation des vagues scélérates a des implications importantes pour la prévision météorologique marine et la sécurité maritime. Elle indique que les zones et les conditions propices à la superposition linéaire doivent être surveillées de près, car elles pourraient signaler un risque accru de vagues scélérates.
De plus, ce nouvel outil mis au point par les auteurs est un atout considérable pour les compagnies de navigation. En effet, jusqu’à présent, les capitaines et les planificateurs de route devaient se fier principalement à des prévisions météorologiques générales et à leur expérience pour naviguer en toute sécurité. Avec l’introduction de cet algorithme, ils disposent désormais d’un outil spécifique qui peut signaler le risque de vagues scélérates en temps réel. En outre, cette technologie pourrait être intégrée dans les systèmes de navigation automatisés, permettant aux navires de modifier leur trajectoire en temps réel en réponse aux prédictions de l’algorithme.
Un navire aux prises avec une vague scélérate. © John Lund/Getty
Au-delà de la navigation commerciale, cet outil a également des implications pour les activités de recherche en mer, les opérations de sauvetage et les missions militaires, pour qui la compréhension des conditions maritimes est essentielle. En anticipant les vagues scélérates, les équipages peuvent prendre des mesures préventives pour sécuriser l’équipement et se préparer à des conditions maritimes extrêmes.
Source : Dion Häfner, et al., “Machine-guided discovery of a real-world rogue wave model”, PNAS, Vol. 120 | No. 48, 2023