Chaire Oceanix : quand l’intelligence artificielle plonge dans l’océan

Avec ses deux sites de Brest et Nantes, IMT Atlantique se trouve aux premières loges pour observer, étudier et comprendre l’univers marin. Un univers dont l’importance est vitale pour l’humanité : que ce soit en matière de climat, de ressources halieutiques et minières, d’échanges commerciaux, d’énergie, de santé et même d’équilibres géostratégiques, la mer joue un rôle majeur.
C’est dans ce contexte que se situe la chaire Oceanix, portée par l’école. Créée fin 2019 pour une durée de 5 ans et dotée d’environ 2 millions d’euros, elle est animée par Ronan Fablet, professeur au département Mathematical and Electrical Engineering (MEE). Elle réunit de nombreux partenaires : des établissements académiques (ENSTA, Ecole navale, Université de Brest), des institutionnels (Ifremer, CNRS, CNES, ESA…), et des industriels comme Naval Group ou CLS, ainsi que plusieurs PME. De son côté, Microsoft apporte des moyens de calcul.

Ronan Fablet

 
La chaire Oceanix se positionne au point de rencontre de deux disciplines : les sciences océaniques et l’intelligence artificielle. Son ambition : utiliser les méthodes de l’IA (data-science, apprentissage profond…) pour mieux analyser et prévoir la dynamique des océans. « Jusqu’à présent, on se contentait de recourir au calcul à haute performance, explique Ronan Fablet. Mais avec l’IA, il est possible d’aller beaucoup plus loin dans l’exploitation des données d’observation, de reconstituer certaines données manquantes et de développer de nouveaux types de modélisation. »

Un gain de l’ordre de 40 à 50 %

Un des objectifs de la chaire consiste également à mieux utiliser les données disponibles. « Les systèmes reposant sur des opérateurs humains ne permettent de traiter qu’environ 1 % des données AIS (*) fournies par les navires. Nos algorithmes basés sur l’IA permettent de traiter l’intégralité du flux de données et offrent de nouveaux outils de lever d’alerte pour les opérateurs », souligne le chercheur. Là encore, des progrès significatifs sont envisageables.

Cette approche originale permet par exemple d’envisager de « reconstruire » les évolutions des courants avec une précision accrue de 40 à 50 % par rapport aux solutions «classiques ». De quoi également simuler et anticiper les événements climatiques - et notamment les phénomènes extrêmes, comme les vagues de chaleur. De même, il sera possible d’améliorer grandement le routage des navires, lui aussi lié aux variations des courants marins. L’équipe de la chaire prévoit d’ailleurs de réaliser, en lien avec l’Ifremer, une démonstration d’une méthode fondée sur l’IA appliquée aux courants.
Dans le même temps, les outils d’observation eux-mêmes voient leurs performances progresser. De nouveaux capteurs satellitaires fournissent ainsi des données à la fois plus nombreuses et plus précises. Des bouées dérivantes et d’autres instruments permettent d’observer les profondeurs marines. Autant dire que les travaux de la chaire ouvrent de multiples perspectives. Que ce soit pour la surveillance du trafic maritime (détection des dégazages « sauvages », par exemple), pour le suivi de la pêche, pour la prévision météorologique… Sans oublier les recherches sur les énergies marines.

Une véritable rupture scientifique en préparation

Un premier test portant sur la détection des comportements « anormaux » de bateaux (changement d’itinéraire ou arrêt soudain, notamment) grâce à l’analyse systémique basée sur l’apprentissage a donné des résultats prometteurs. Autre piste sur laquelle se penche la chaire : demain, des outils de modélisation et de prédiction pourraient prendre place à bord des navires. « Dans les sciences océaniques, la donne va radicalement changer, assure Ronan Fablet. Nous aurons à la fois davantage de données, et nous bénéficierons des apports de l’intelligence artificielle. Nous allons ainsi pouvoir travailler sur la biochimie, la biologie marine… Tout cela ouvre des perspectives énormes. C’est une vraie rupture qui se prépare. »
Mieux encore : les mêmes outils de modélisation pourraient servir dans une foule de disciplines : météorologie, science des matériaux, chimie, acoustique… Déjà, la chaire a noué des collaborations sur la mécanique des fluides ou sur les turbulences. Ses responsables voient même encore plus loin: ils ne désespèrent pas de parvenir un jour à identifier de nouveaux modèles de processus physiques ou chimiques, directement à partir des données. « Dans l’océan, avec l’émergence de nouveaux moyens d’observation satellitaire et in situ, on pourrait ainsi identifier les bons modèles, mais aussi trouver les équations qui expliquent des phénomènes actuellement mal représentés », explique Ronan Fablet.
La chaire Oceanix se mobilise aussi sur la formation. Elle a ainsi mis sur pied un cours regroupant intelligence artificielle et sciences marines. Environ 60 participants de tous profils (étudiants, mais aussi professionnels en activité, doctorants et post-doctorants) suivent cet enseignement, le plus souvent à distance. Un double diplôme IMT Atlantique-Université de Brest, associant les sciences de l’océan à l’IA et aux data sciences est également en préparation. Déjà, IMT Atlantique, l’Université de Brest et l’ENSTA Bretagne collaborent à une formation commune à la science des données marines dans le cadre du master « Science de la mer et du littoral » à l’université.
D’autres initiatives concernent l’enseignement secondaire. A la suite d’une rencontre avec une classe de seconde d’un lycée de Carhaix, les responsables de la chaire envisagent ainsi de monter un spectacle (vidéo ou pièce de théâtre) sur les questions liées au numérique et à l’océan. Des actions de vulgarisation sur le climat sont également en projet.
 
(*) L’ AIS (Automatic Identification System) est un système d'échange de données entre navires. Obligatoire depuis 2004, il vise à renforcer la sécurité et à améliorer la gestion des flottes et de la navigation.