La sécurité maritime prête à un essor grâce à l’analyse prédictive IA des vagues scélérates

Cette semaine marque une étape majeure dans les études océaniques et la sécurité maritime après qu’une équipe d’ingénieurs a publié une étude démontrant comment les réseaux neuronaux IA peuvent aider à prévoir et alerter sur les vagues scélérates. Notamment, ces événements massifs étaient autrefois considérés comme imprévisibles et ont entraîné d’importantes pertes pendant des siècles. Voici ce que vous devez savoir.

Vagues scélérates

Les vagues scélérates portent de nombreux noms, dont vagues tueuses, monstres et extrêmes. Ces vagues atteignent une hauteur double des conditions océaniques normales et peuvent surgir de nulle part, mettant en grand danger quiconque se trouve sur leur trajectoire. Au fil de l’histoire, les vagues scélérates ont alimenté le folklore des marins, qui ont sans doute entendu des légendes sur ces vagues massives entraînant leurs camarades vers les profondeurs. Aujourd’hui, ces vagues représentent toujours une menace majeure.
Il est à noter que ces événements océaniques rares sont similaires aux tsunamis par leur taille et leur puissance destructrice. Cependant, contrairement à leurs homologues bien compris, les vagues scélérates peuvent apparaître sans aucun événement majeur perceptible, tel qu’un séisme. Ainsi, ces vagues grandes et imprévisibles représentent un grand danger pour les infrastructures offshore, les voyageurs et autres équipements.

Comment les vagues scélérates se forment

Jusqu’à récemment, il n’y avait pas suffisamment de données ni de puissance de calcul pour créer des mécanismes fiables de formation des vagues scélérates. Ainsi, la majeure partie de la science concernant la formation de ces événements insaisissables était basée sur la collecte de données d’observation après les événements. Ces informations ont conduit les chercheurs à identifier les trois modes les plus importants de formation des vagues scélérates.

Accumulation lente

Il est intéressant de noter qu’une vague scélérate peut commencer à se former et s’amplifier sans devoir se combiner avec d’autres vagues. Des courants forts comme le Gulf Stream peuvent résonner et s’étendre pour créer une anomalie marine massive. Les scientifiques étudiant ce phénomène utilisent souvent une méthode appelée instabilité de Benjamin-Feir pour expliquer l’expansion d’une unique série de vagues. Il s’agit de l’une des formes les plus rares de vagues scélérates capturées par les chercheurs.

Vagues multiples

La formation la plus largement comprise des vagues scélérates résulte de l’interférence de multiples vagues qui se rencontrent au moment idéal pour amplifier l’amplitude. Lorsque les vagues s’accumulent et résonnent, elles peuvent augmenter et intensifier le courant et la férocité de la vague. On peut comparer cela à un effet boule de neige où chaque vague est absorbée dans un élan plus grand, créant un mur massif prêt à détruire tout sur son passage.

Méthodes actuelles de détection des vagues scélérates

Il n’existe aucun système fiable de prévision des vagues scélérates à l’échelle mondiale, bien que ces événements puissent causer des milliards de dollars de dommages chaque année. Les méthodes les plus courantes pour détecter ces événements reposent sur des données océaniques en temps réel qui ne peuvent être prédites qu’au moment où l’événement se produit, informant les scientifiques de l’augmentation du niveau de la mer. Cette stratégie laisse à désirer en matière d’alerte précoce et de mesures de sécurité.

Étude sur les vagues scélérates

L’étude « Prédiction des vagues anormales à partir de mesures de bouées » vise à éclaircir ces événements océaniques uniques. Les chercheurs ont entrepris de créer un réseau neuronal IA capable de prédire les chances qu’une vague scélérate se produise en fonction de l’état actuel de l’océan. Dans le cadre de cette approche, les chercheurs ont cherché à déterminer quels préfacteurs se manifestent avant la formation des vagues scélérates.
Cette approche visait à démontrer la relation fonctionnelle entre les vagues précédentes et l’événement final scélératé en utilisant des dispositifs de mesure sur le terrain et des réseaux neuronaux avancés. Plus important encore, l’équipe souhaitait capturer et documenter les phases de synchronisation entre les vagues individuelles nécessaires à la création des vagues scélérates.

Phase de test

Les tests ont commencé par la création d’un réseau neuronal. L’équipe a décidé d’utiliser un algorithme IA à mémoire à long terme (LSTM). Ces systèmes IA ont été créés pour simplifier la relation fonctionnelle entre les données d’entrée et les données de sortie. En tant que tels, ils sont idéaux pour créer des prévisions basées sur les données de systèmes complexes.

Bouées océaniques

Les chercheurs ont recueilli des données provenant de 172 bouées situées au large de la côte est des États‑Unis et des îles du Pacifique, à des profondeurs allant de 20 mètres à plus de 4000 m. Deux types de bouées ont été utilisés lors du test : le Datawell directional wave rider MkIII avec un taux d’échantillonnage de 1,28 Hz et le Datawell directional wave rider MkIII avec un taux de 2,56 Hz. Ces unités sont bien testées et offrent des données fiables, y compris des accéléromètres qui surveillent le déplacement vertical.

Source – MATLAB

Ensemble de données

Le réseau neuronal a été programmé en utilisant une taille d’échantillon équivalente à 880 ans de données consécutives concernant les conditions pré‑vagues scélérates. En particulier, 14 millions de mesures d’élévation de la surface marine de 30 minutes ont été combinées avec 40 000 mesures d’élévation de la surface marine provenant des mêmes bouées. Ces données ont ensuite été analysées pour détecter des anomalies. Les données ont ensuite été réinjectées dans l’algorithme afin de mieux l’entraîner à repérer ces facteurs.

Pertinent aux conditions océaniques

Les chercheurs ont souhaité rendre les échantillons de vagues scélérates rares pendant la phase de test afin de garantir que les données soient plus proches des scénarios réels. Les échantillons ont ensuite été séparés en catégories de vagues non scélérates et de vagues scélérates qui ont été renforcées. Il est à noter que les données initiales ont été obtenues via le Coastal Data Information Program (CDIP) en collaboration avec le Scripps Institution of Oceanography.

Scannées pour les vagues scélérates

Les chercheurs ont scanné les données d’échantillons de vagues en utilisant les ressources de supercalcul du University of Maryland. Cet accès leur a permis d’exploiter un GPU NVIDIA A100 en combinaison avec un GPU local NVIDIA Quadro P1000 afin d’améliorer les performances de leur IA, les temps d’entraînement et la précision.

Résultats

Les résultats de cette étude pourraient avoir un effet retentissant sur la façon dont les ingénieurs et les chercheurs perçoivent les vagues scélérates à l’avenir. Ces événements autrefois presque impossibles à déterminer ont pu être isolés avec une précision de 75 % grâce aux systèmes IA. Plus précisément, 75 % des vagues scélérates ont été prédites dans la minute qui suit leur apparition. Le taux n’est tombé qu’à 73 % lorsque le délai d’avertissement a été étendu à 5 minutes.
Au total, l’IA a prédit avec précision près de 3 000 vagues scélérates. Seuls 855 événements ont échappé à la détection de l’IA, laissant le système avec un taux de précision de 23 %. Étant donné que de nombreux chercheurs pensaient qu’il était impossible de déterminer ces événements, ces résultats ont ouvert la voie à l’introduction de nouveaux systèmes de prévision plus efficaces.

Avantages

Cette étude pourrait apporter de nombreux avantages au marché. Tout d’abord, il s’agit du premier concept fiable de système de prévision des vagues scélérates. Elle transforme l’idée que ces événements sont trop complexes à prévoir et propose à la place une solution très fiable et économique qui pourrait fournir un avertissement avancé précieux aux navires et aux plateformes offshore lorsqu’il est nécessaire.

Utilise les données actuelles des bouées

Un autre avantage majeur de cette approche pour déterminer la probabilité des vagues scélérates est qu’il n’est pas nécessaire d’installer de nouveaux capteurs ou systèmes. Les bouées sont déjà déployées et testées depuis des décennies. Ainsi, elles offrent une source de données fiable et éprouvée avec un historique traçable. Cette mise à jour de prédiction IA est un logiciel. En conséquence, elle peut exploiter les millions d’heures de données fournies par ces appareils pour améliorer et renforcer les performances futures.

Application universelle

L’un des aspects les plus intéressants de leur entraînement IA est que le modèle a pu être appliqué avec succès à des sites en dehors de l’ensemble de données initial des bouées. L’équipe a pu prédire avec une forte probabilité le risque de vague scélérate pour deux bouées hors site. Ils ont testé leur théorie sur la Bouée 132, située près de Jacksonville, Floride, et la Bouée 067 près de l’île San Nicolas au large de Los Angeles. Les résultats ont montré que l’algorithme pouvait être appliqué à d’autres emplacements avec succès.

Auto‑amélioration

L’un des plus grands avantages de ce type d’algorithme IA est qu’il peut continuellement améliorer son ensemble de données, renforçant sa compréhension et améliorant ses performances. Ces systèmes s’amélioreront à mesure que les données seront affinées. Ainsi, cette méthode offre une solution à faible coût et efficace pour optimiser les opérations.

Chercheurs

Thomas Breunung et Balakumar Balachandran étaient les chercheurs principaux de l’étude. Ils ont atteint leur objectif de démontrer une méthode permettant de déterminer les vagues scélérates avec une grande précision à l’échelle mondiale. Il convient de noter que l’Université du Maryland a fourni des ressources de supercalcul et un soutien à l’équipe, qui cherche maintenant à améliorer ses résultats en introduisant davantage de données dans son modèle, notamment la vitesse du vent, la localisation et la profondeur. Tous ces facteurs pourraient aider à améliorer les temps de détection et même à fournir un moyen de déterminer la hauteur de l’événement.

Entreprises pouvant intégrer cette technologie dès aujourd’hui

De nombreuses entreprises pourraient tirer des bénéfices immédiats de cette étude. Il existe actuellement des milliards d’investissements dans les infrastructures offshore et les navires marchands qui traversent l’océan. Ces entreprises sont prêtes à investir dans toute technologie pouvant aider à prévenir des pertes catastrophiques et des décès.

1. Diamond Offshore Drilling Inc.

(DO )

Diamond Offshore Drilling Inc. est une importante société de forage pétrolier et gazier située à Katy, Texas. L’entreprise a pénétré le marché en 1987 en tant que Diamond M Drilling avant de subir plusieurs changements de marque. Actuellement, elle possède 44 plateformes de forage offshore, dont 32 plates-formes semi-submersibles et 5 navires de forage.
Diamond Offshore Drilling Inc. a des contrats avec de nombreuses grandes compagnies pétrolières et gazières du monde, dont Hess Corporation, Petrobras, BP et Occidental Petroleum. Son positionnement et la demande de combustibles fossiles font de cette action un solide “hold.” Il est à noter qu’elle a connu quelques revers en raison d’un afflux d’énergies vertes sur le marché, mais les analystes prévoient des gains futurs à mesure que les conflits et d’autres facteurs font grimper les prix du gaz.

2. Sable Offshore Corp

(SOC )

Sable Offshore Corp est une autre société de forage qui pourrait exploiter un système de prédiction des vagues scélérates pour protéger sa flotte de plateformes offshore et de stations de forage. L’entreprise a été fondée en 2020 sous le nom de Flame Acquisition Corp avant de changer de nom pour devenir Sable. Sable possède des opérations offshore situées au large de la côte californienne dans les eaux fédérales. Elle détient également 76 000 acres de concessions sous-marines qui lui permettent de transporter du pétrole brut et du gaz naturel.
L’entreprise entretient de nombreux partenariats stratégiques avec des leaders du secteur, dont ExxonMobil, Canada Ltd, Imperial Oil Resources Limited et Pengrowth Energy Corporation, pour n’en citer que quelques-uns. L’action de la société a récemment souffert en raison des fluctuations du marché. Cependant, la Californie connaît une demande croissante pour ces services, positionnant Sable Offshore Corp comme un fournisseur d’énergie local de premier plan.

Avenir de la prédiction des vagues scélérates

Cette étude éclaire le monde insaisissable des vagues scélérates. Ces événements ne sont plus des récits de marins mais des phénomènes prévisibles. À l’avenir, ces systèmes seront intégrés à l’ensemble de l’économie maritime afin de réduire les risques et d’améliorer l’efficacité. Il convient de noter que ces systèmes deviendront beaucoup plus performants et précis à mesure qu’ils obtiendront davantage de données renforcées.
Vous pouvez vous attendre à voir ce type de prédiction couplé à des systèmes tels que les réseaux blockchain qui offrent une surveillance en temps réel de données massives à l’échelle mondiale prochainement. Cette amélioration permettrait à ces systèmes d’enregistrer et de suivre les occurrences en temps réel à travers l’océan de manière immuable. Ces données pourraient ensuite être utilisées pour améliorer la compréhension des scientifiques de ces phénomènes insaisissables.

Les vagues scélérates sont un problème que la détection peut résoudre

Il n’existe pour l’instant aucun moyen d’empêcher la formation des vagues scélérates. Cependant, la première étape pour prévenir d’importantes pertes consiste à déterminer quand et pourquoi ces événements se produisent. Ces ingénieurs ont franchi les premières étapes et ont posé les bases de recherches futures qui pourraient sauver des vies. Pour l’instant, leurs efforts créent des « vagues » dans de multiples industries.
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