Alors que les événements météorologiques extrêmes se multiplient dans le monde en raison du changement climatique, le besoin de recherches plus approfondies sur notre planète en réchauffement s’est également accru. Pour la NASA, la recherche sur le climat implique non seulement de mener des études sur ces événements, mais également de donner aux chercheurs extérieurs les moyens de faire de même. Les efforts d’intelligence artificielle (IA) menés par l’agence offrent un outil puissant pour atteindre ces objectifs.
En 2023, la NASA s’est associée à IBM Research pour créer un modèle de base géospatiale d’IA. Formé sur de grandes quantités de données harmonisées Landsat et Sentinel-2 (HLS) largement utilisées par la NASA, le modèle fournit une base pour une variété d’études basées sur l’IA pour relever les défis environnementaux. Conformément aux principes de la science ouverte, le modèle est disponible gratuitement pour que quiconque puisse y accéder.
Les modèles de base servent de base à partir de laquelle les scientifiques peuvent développer un ensemble diversifié d’applications, permettant ainsi des solutions puissantes et efficaces. « Les modèles de base savent uniquement ce qui est représenté dans les données », a expliqué Manil Maskey, responsable de la science des données au Bureau du directeur des données scientifiques (OCSDO) de la NASA. « C’est comme un couteau suisse : il peut être utilisé pour plusieurs choses différentes. »
Une fois qu’un modèle de base est créé, il peut être entraîné sur une petite quantité de données pour effectuer une tâche spécifique. À ce jour, l’équipe interinstitutionnelle de mise en œuvre et de concept avancé (IMPACT) ainsi que ses collaborateurs ont démontré les capacités du modèle de base géospatial en l’affinant pour détecter les cicatrices de brûlure, délimiter les eaux de crue et classer les cultures et autres catégories d’utilisation des terres.
En raison des ressources informatiques nécessaires pour créer le modèle de base initial, un partenariat était nécessaire pour réussir. Dans ce cas, la NASA a apporté les données et les connaissances scientifiques, tandis qu’IBM a apporté la puissance de calcul et l’expertise en optimisation des algorithmes d’IA. L’engagement commun de l’équipe à rendre leurs recherches accessibles grâce aux principes de la science ouverte garantit que leur modèle peut être utile au plus grand nombre de chercheurs possible.
« Pour construire un modèle de fondation à grande échelle, nous avons réalisé très tôt qu’il n’était pas possible pour une seule institution de le construire », a déclaré Maskey. « Tout ce que nous avons fait sur nos modèles de base a été ouvert au public, depuis les données de pré-formation, le code, les meilleures pratiques, les pondérations des modèles, le réglage fin des données de formation et les publications. Il y a de la transparence, afin que les chercheurs puissent comprendre pourquoi certaines choses ont été utilisées en termes de données ou d’architecture de modèle.
Suite au succès de leur modèle de base géospatiale, la NASA et IBM Research poursuivent leur partenariat pour créer un nouveau modèle similaire pour les études météorologiques et climatiques. Ils collaborent avec Oak Ridge National Laboratory (ORNL), NVIDIA et plusieurs universités pour donner vie à ce modèle.
Cette fois, l’ensemble de données principal sera l’analyse rétrospective de l’ère moderne pour la recherche et les applications, version 2 (MERRA-2), une vaste collection de données de réanalyse atmosphérique qui s’étend de 1980 à nos jours. Tout comme le modèle de base géospatial, le modèle météorologique et climatique est développé selon une approche scientifique ouverte et sera bientôt accessible au public.
Couvrir tous les aspects des sciences de la Terre nécessiterait plusieurs modèles de base formés sur différents types d’ensembles de données. Cependant, Maskey pense que ces futurs modèles pourraient un jour être combinés en un seul modèle complet, conduisant à un « jumeau numérique » de la Terre qui fournirait des analyses et des prévisions sans précédent pour toutes sortes d’événements climatiques et environnementaux.
Quelles que soient les innovations que l’avenir nous réserve, les modèles géospatiaux et climatiques de la NASA et d’IBM permettront des progrès comme jamais auparavant dans les sciences de la Terre. Même si de puissants outils d’IA amélioreront le travail des chercheurs, l’engagement de l’équipe en faveur de la science ouverte accroît les possibilités de découverte en permettant à chacun de mettre ces outils en pratique et ouvre la voie à des recherches révolutionnaires visant à mieux prendre soin de la planète.