Les chercheurs ont développé une IA qui cartographie les grands icebergs de l’Antarctique avec un taux de précision de 99 % en quelques secondes, offrant une amélioration considérable par rapport aux méthodes de cartographie manuelle précédentes et facilitant la surveillance de l’environnement.
Dans le cadre d’un développement révolutionnaire, des chercheurs de l’Université de Leeds ont dévoilé un réseau neuronal capable de cartographier rapidement et avec précision l’étendue des grands icebergs de l’Antarctique dans des images satellite, accomplissant la tâche en seulement 0,01 seconde. Cette nouvelle approche contraste fortement avec les efforts manuels laborieux et chronophages nécessaires auparavant.
Anne Braakmann-Folgmann, auteur principal des résultats publiés le 9 novembre dans La cryosphère, a mené ses recherches alors qu’elle était doctorante à l’Université de Leeds au Royaume-Uni. Travaillant actuellement à l’Université arctique de Norvège à Tromsø, elle a souligné l’importance des grands icebergs dans l’environnement de l’Antarctique.
Captée par la mission satellite radar Copernicus Sentinel-1, l’image montre des icebergs dans la mer d’Amundsen, au large de la côte ouest de l’Antarctique. Les icebergs géants sont des éléments importants de l’environnement antarctique. Ils ont un impact sur la physique, la chimie, la biologie des océans et, bien sûr, sur les opérations maritimes. Il est donc crucial de surveiller l’étendue des icebergs et de quantifier la quantité d’eau de fonte qu’ils libèrent dans l’océan. Dans le cadre d’un développement révolutionnaire, des chercheurs de l’Université de Leeds ont dévoilé un réseau neuronal capable de cartographier rapidement et avec précision l’étendue des grands icebergs de l’Antarctique dans les images radar du satellite Copernicus Sentinel-1, accomplissant la tâche en seulement 0,01 seconde. Cette nouvelle approche contraste fortement avec les efforts manuels laborieux et chronophages nécessaires auparavant. Crédit : Contient des données modifiées de Copernicus Sentinel (2015), traitées par l’ESA
Importance de la surveillance des icebergs
« Les icebergs géants sont des éléments importants de l’environnement antarctique. Ils ont un impact sur la physique, la chimie, la biologie et, bien sûr, les opérations maritimes. Il est donc crucial de localiser les icebergs et de surveiller leur étendue, afin de quantifier la quantité d’eau de fonte qu’ils libèrent dans l’océan. »
En fournissant des images des icebergs quelle que soit la couverture nuageuse et le manque de lumière du jour, la mission radar Copernicus Sentinel-1 joue un rôle central dans l’approche innovante consistant à utiliser l’intelligence artificielle pour cartographier les icebergs.
Défis liés à la détection des icebergs
Sur les images de satellites équipés d’instruments semblables à des caméras, les icebergs, la glace de mer et les nuages apparaissent tous en blanc, ce qui rend difficile la détection des icebergs réels.
Alors que dans la plupart des images radar, telles que renvoyées par Sentinel-1, les icebergs apparaissent comme des objets brillants sur le fond plus sombre de l’océan et de la glace de mer.
Copernicus Sentinel-1 est équipé d’un radar avancé à synthèse d’ouverture qui fonctionne dans plusieurs modes spécialisés pour fournir des images détaillées au programme européen Copernicus. Ces données sont utilisées pour des applications telles que la surveillance des océans, y compris les voies de navigation, la glace de mer, les icebergs et les marées noires. Crédit : ESA/ATG medialab
Néanmoins, lorsque les environnements sont complexes, il peut encore parfois être difficile de différencier les icebergs de la glace de mer ou même du littoral.
Le Dr Braakmann-Folgmann a expliqué : « Nous avons parfois eu du mal à séparer les icebergs de la glace de mer environnante, qui est plus rugueuse et plus ancienne et qui semble donc plus brillante sur les images satellite. Il en va de même pour les océans agités par le vent.
« De plus, les fragments d’iceberg plus petits, qui se produisent fréquemment à proximité des icebergs car ils perdent constamment des morceaux de glace sur leurs bords, sont facilement regroupés par erreur avec l’iceberg principal.
« De plus, le littoral de l’Antarctique peut ressembler à des icebergs dans les images satellite, de sorte que les algorithmes de segmentation standard sélectionnent souvent également la côte au lieu de simplement l’iceberg lui-même. »
Maîtrise du réseau neuronal
La nouvelle approche du réseau neuronal excelle cependant dans la cartographie de l’étendue des icebergs, même dans ces conditions difficiles. Sa puissance réside dans la capacité des réseaux de neurones à comprendre des relations non linéaires complexes et à prendre en compte l’ensemble du contexte de l’image.
Pour suivre efficacement les changements dans la superficie et l’épaisseur des icebergs, essentiels pour comprendre comment les icebergs se dissolvent et libèrent de l’eau douce et des nutriments dans l’océan, il est crucial d’identifier un iceberg géant spécifique pour une surveillance continue.
Les icebergs géants sont des éléments importants de l’environnement antarctique. Ils ont un impact sur la physique, la chimie, la biologie et, bien sûr, les opérations maritimes. Il est donc crucial de surveiller l’étendue des icebergs et de quantifier la quantité d’eau de fonte qu’ils libèrent dans l’océan. Dans le cadre d’un développement révolutionnaire, des chercheurs de l’Université de Leeds ont dévoilé un réseau neuronal capable de cartographier rapidement et avec précision l’étendue des grands icebergs de l’Antarctique dans les images radar du satellite Copernicus Sentinel-1, accomplissant la tâche en seulement 0,01 seconde. Cette nouvelle approche contraste fortement avec les efforts manuels laborieux et chronophages nécessaires auparavant. Crédit : Université de Leeds
Le réseau neuronal introduit dans cette étude est très efficace pour identifier le plus gros iceberg dans chaque image, contrairement aux méthodes comparatives, qui sélectionnent fréquemment des icebergs légèrement plus petits à proximité.
L’architecture du réseau neuronal est basée sur la célèbre conception U-net. Il a été méticuleusement entraîné à l’aide d’images Sentinel-1 montrant des icebergs géants dans divers contextes, les contours dérivés manuellement servant de cible.
Tout au long du processus de formation, le système affine continuellement ses prédictions, ajustant ses paramètres en fonction de la différence entre le contour dérivé manuellement et le résultat prédit. La formation s’arrête automatiquement lorsque le système atteint ses performances optimales, garantissant ainsi son adaptabilité et sa réussite sur de nouveaux exemples.
Résultats et implications de la recherche
L’algorithme a été testé sur sept icebergs, d’une taille allant de 54 km² à 1 052 km² (21 miles carrés à 406 miles carrés), soit à peu près l’équivalent des superficies de la ville de Berne en Suisse et de Hong Kong, respectivement.
Un ensemble de données diversifié a été compilé, comprenant entre 15 et 46 images pour chaque iceberg, couvrant différentes saisons et les années 2014 à 2020.
Une seule image Sentinel-1 par mois et par iceberg a été utilisée pour garantir la variété des ensembles de données. Présentant un précision de 99%, les résultats ont été impressionnants.
Le Dr Braakmann-Folgmann a ajouté : « Être capable de cartographier automatiquement l’étendue des icebergs avec une vitesse et une précision accrues nous permettra d’observer plus facilement les changements dans la zone des icebergs pour plusieurs icebergs géants et ouvrira la voie à une application opérationnelle. »
Mark Drinkwater, de l’ESA, a souligné : « Les satellites sont bien entendu essentiels pour surveiller les changements et comprendre les processus qui se produisent loin de la civilisation. Ce nouveau réseau neuronal automatise ce qui serait autrement une tâche manuelle et fastidieuse de localisation et de rapport sur l’étendue des icebergs.
«Nous félicitons l’équipe pour l’introduction de ce produit innovant apprentissage automatique approche, pour parvenir à une approche robuste et précise pour surveiller les changements dans la région vulnérable de l’Antarctique.
