Des satellites de géolocalisation pour détecter les tsunamis
Utiliser l’intelligence artificielle et les satellites de géolocalisation pour détecter les tsunamis? C’est ce qu’une équipe de chercheurs tente de mettre en place en entraînant un algorithme d’apprentissage profond à détecter les perturbations dans les signaux radio des satellites. Explications.
Nouvelle méthode de détection des tsunamis grâce à l'apprentissage profond et l'ionosphère
L'équipe de chercheurs, composée de membres de l'Université de Californie à Los Angeles, de l'Institut de Physique du Globe en France et d'un expert en science des données de Terran Orbital, une entreprise spécialisée dans les technologies pour satellites, a mené cette recherche. L'objectif était de détecter les tsunamis dès leur formation en se basant sur des données captées dans la couche de l'atmosphère appelée ionosphère, située entre 50 et 600 km d'altitude.
Actuellement, la détection des tsunamis et des séismes sous-marins se fait principalement grâce à des équipements spécifiques, comme les marégraphes, les sismographes et les capteurs sous-marins, ainsi que des hydrophones qui transmettent des données collectées par satellite vers des stations terrestres. Cependant, cette nouvelle approche propose d'utiliser les constellations de satellites de géolocalisation comme des capteurs pour détecter les tsunamis.
Image d'illustration - mer agitée. Copyright : Ilona Froehlich
Utilisation des perturbations du TEC pour la détection des tsunamis
L'idée clé derrière cette méthode est que les tsunamis peuvent provoquer des ondes de gravité internes qui se propagent jusqu'à l'ionosphère, perturbant le contenu électronique total (TEC), c'est-à-dire la quantité totale d'électrons dans une colonne d'un mètre carré de l'ionosphère. Ces électrons jouent un rôle dans la propagation des ondes radio utilisées par les communications satellitaires.
« Les tsunamis peuvent provoquer des ondes de gravité internes amplifiées par la baisse de la densité atmosphérique et qui peuvent donc atteindre les strates ionosphériques, perturbant le contenu électronique total », écrivent les chercheurs.
Collecte de données pour entraîner l'algorithme
Les chercheurs ont donc utilisé les perturbations du TEC captées par les satellites de géolocalisation au moment d'un tsunami pour former un algorithme. Cet algorithme peut ensuite analyser en temps réel les ondes radio émises par ces satellites pour détecter la formation d'un nouveau tsunami.
Pour tester leur méthode, l'équipe a collecté des données correspondant à trois tsunamis, enregistrant les perturbations du TEC plusieurs jours avant et après chaque événement pour observer les changements dans la propagation des ondes. Ils ont utilisé ces données pour entraîner l'algorithme, en ne conservant que les perturbations repérées par au moins 70 % des stations au sol lorsqu'elles étaient en contact avec un satellite, afin de minimiser les faux positifs.
Image d'illustration - Copyright : Julian Ackroyd
Des résultats prometteurs et un potentiel d'amélioration
Enfin, l'algorithme a été testé sur des données d'un tsunami survenu au Chili en 2015, et les résultats se sont avérés prometteurs, avec une prédiction précise du séisme à hauteur de 91,7 %. Les chercheurs estiment que cette méthode peut encore s'améliorer en étudiant davantage d'événements et en diversifiant les zones géographiques concernées.
Cette approche présente plusieurs avantages potentiels, notamment le fait qu'elle ne nécessite pas d'équipements spécifiques, qu'elle offre une couverture géographique étendue et qu'elle peut utiliser des architectures d'apprentissage profond existantes, telles que ResNet-50 de Microsoft. Si elle est développée davantage, cette méthode pourrait contribuer à améliorer la détection précoce des tsunamis, ce qui serait bénéfique pour la sécurité côtière et la prévention des catastrophes.
Source : CatNat
