L'IA prédit avec précision les vagues de monstres
Les vagues monstrueuses sont de gigantesques déferlantes isolées dans l'océan, capables de détruire des navires. Elles ont longtemps été considérées comme un mythe. Aujourd'hui, des chercheurs ont développé un modèle pour expliquer leur formation - et ont découvert des surprises.
Les vagues monstrueuses ont longtemps été considérées comme des histoires de marins : des vagues soudaines et gigantesques capables de détruire des navires entiers. Ce n'est qu'en 1995, lorsque des instruments numériques ont enregistré pour la première fois une vague de 26 mètres de haut qui a frappé la plate-forme pétrolière norvégienne "Daupner", que l'on a eu une preuve tangible de ces gigantesques dérapages. Depuis, ils font l'objet de recherches approfondies. Aujourd'hui, une équipe dirigée par l'informaticien Dion Häfner de l'Institut Niels Bohr à Copenhague a développé, à l'aide de nombreuses données et de l'apprentissage automatique, un modèle qui explique la formation des vagues monstrueuses - et qui indique en outre la probabilité de leur apparition. Les travaux ont été publiés le 20 novembre 2023 dans la revue scientifique PNAS.
Un naufrage survenu en décembre 1978 illustre le danger que peuvent représenter ces gigantesques briseurs. A l'époque, le cargo allemand "München" a été pris dans une tempête dans l'Atlantique Nord. L'équipage est resté détendu - une tempête ne devrait pas affecter le navire de 261 mètres de long. Mais peu après avoir lancé un appel de détresse, le cargo et son équipage de 28 personnes ont disparu. Seuls quelques canots de sauvetage et conteneurs ont pu être récupérés par la suite. A l'époque, la marine fédérale n'avait pas pu déterminer la cause du naufrage. Aujourd'hui, on pense que le cargo a été victime d'une vague monstrueuse.
Pour protéger la navigation contre de tels déferlements, les chercheurs tentent de comprendre comment se forment les vagues monstrueuses - et quelles sont les conditions qui les favorisent. Pour ce faire, Häfner et ses collègues ont analysé les données librement disponibles sur les mouvements de la mer, l'état de la mer et les profondeurs d'eau correspondantes. Ils ont également recueilli des données provenant de bouées situées à 158 endroits différents autour des côtes américaines et dans les territoires d'outre-mer. Ensemble, les chercheurs disposaient ainsi d'informations sur plus d'un milliard de vagues - ce qui correspond à environ 700 ans de mouvements marins.
Les vagues monstres sont assez fréquentes
Les scientifiques ont été surpris de constater que les vagues monstres étaient plus fréquentes que prévu. "Nous avons enregistré 100 000 vagues monstres dans notre ensemble de données. Cela correspond à environ une vague de ce type par jour", explique l'informaticien Johannes Gemmrich, coauteur de la dernière étude. Mais toutes n'étaient pas d'une taille extrême (une vague de plus de 20 mètres de haut est considérée comme "extrême"). En général, les chercheurs ont considéré qu'une vague était monstrueuse si elle était au moins deux fois plus haute que le reste de la houle.
Häfner et ses collègues ont utilisé plusieurs méthodes d'IA pour évaluer l'énorme quantité de données. Alors que les systèmes d'IA traditionnels se contentent de recracher des résultats sans les justifier, les chercheurs se sont intéressés aux relations de cause à effet. Ils voulaient utiliser l'apprentissage automatique pour comprendre ce qui provoque des vagues monstrueuses, et pas seulement calculer une probabilité de survenue sans savoir comment le modèle d'IA parvient à ce résultat. Ils ont donc développé un modèle dit "causal" dont les résultats peuvent être vérifiés et interprétés. L'algorithme et les données collectées par les chercheurs sont disponibles gratuitement et peuvent être utilisés par tous.
En fait, les résultats de Häfner et de ses collègues rompent avec une explication courante des vagues monstrueuses. Certains spécialistes pensaient que les ondes aberrantes se produisaient lorsque plusieurs ondes se combinaient brièvement et qu'une onde absorbait toute l'énergie - et continuait à se déplacer comme une onde monstre. Cependant, comme l'équipe de Häfner l'a constaté, le facteur prédominant semble être ce que l'on appelle la "superposition linéaire" : Lorsque des crêtes de vagues se propagent à des vitesses différentes, il peut toujours arriver que de nombreuses crêtes de vagues se chevauchent en un point et s'amplifient au point de créer une vague monstre.
C'est l'algorithme développé par les chercheurs qui doit permettre de prédire quand les conditions parfaites sont réunies pour qu'une telle superposition linéaire se produise. "Fondamentalement, quand l'une de ces vagues géantes se produit, c'est simplement de la malchance. Elles sont causées par une combinaison de nombreux facteurs", explique Häfner. Il reste donc à espérer que l'algorithme des chercheurs fonctionne - les compagnies maritimes pourraient déjà le tester.
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Photo de couverture : Shutterstock / Computer Earth
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