De plus en plus de déchets plastiques finissent chaque jour dans les océans. Les images satellite peuvent aider à détecter les accumulations de déchets le long des côtes et en mer afin de pouvoir les éliminer. Une équipe de recherche a développé un nouveau modèle d’intelligence artificielle qui reconnaît les plastiques flottants avec beaucoup plus de précision qu’auparavant, même lorsque les images sont partiellement recouvertes par des nuages ou que les conditions météorologiques sont brumeuses.
Notre société dépend fortement des produits en plastique et la quantité de déchets plastiques devrait augmenter à l’avenir. S’ils ne sont pas correctement jetés ou recyclés, une grande partie s’accumule dans les rivières et les lacs. Finalement, ils se déverseront dans les océans, où ils pourront former des agrégats de débris marins ainsi que de matériaux naturels comme le bois flotté et les algues.
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de Wageningen et de l’EPFL, récemment publié dans iScience, a développé un détecteur basé sur l’intelligence artificielle qui estime la probabilité que des débris marins apparaissent dans les images satellite. Cela pourrait contribuer à éliminer systématiquement les déchets plastiques des océans à bord des navires.
Recherche d’images satellite avec l’IA
Les accumulations de débris marins sont visibles sur les images satellite Sentinel-2 disponibles gratuitement qui capturent les zones côtières tous les 2 à 5 jours dans le monde entier sur les masses terrestres et les zones côtières. Comme celles-ci représentent des téraoctets de données, celles-ci doivent être analysées automatiquement via des modèles d’intelligence artificielle tels que des réseaux de neurones profonds.
Marc Rußwurm, professeur adjoint à l’université de Wageningen, déclare : « Ces modèles s’inspirent d’exemples fournis par des océanographes et des spécialistes de la télédétection, qui ont identifié visuellement plusieurs milliers de cas de débris marins dans des images satellite à travers le monde. » le modèle pour reconnaître les débris plastiques. »
Détection améliorée dans des conditions difficiles
Les chercheurs ont développé un détecteur de débris marins basé sur l’IA qui estime la probabilité de présence de débris marins pour chaque pixel des images satellite Sentinel-2. Le détecteur est formé selon les principes d’IA centrés sur les données qui visent à tirer le meilleur parti des données de formation limitées disponibles pour ce problème.
Un exemple est la conception d’un algorithme de vision par ordinateur qui capture précisément les annotations manuelles des experts sur les débris visibles dans les images. Avec cet outil, les océanographes et les experts en télédétection peuvent fournir davantage d’exemples de données de formation en étant moins précis dans le clic manuel des contours.
Dans l’ensemble, cette méthode de formation combinée à l’algorithme de raffinement apprend au modèle de détection d’intelligence artificielle approfondie à mieux prédire les débris marins que les approches précédentes.
Rußwurm déclare : « Le détecteur reste précis même dans des conditions plus difficiles ; par exemple, lorsque la couverture nuageuse et la brume atmosphérique rendent difficile l’identification précise des débris marins par les modèles existants. »
Suite aux débris de plastique après les inondations de Pâques 2019 à Durban
La détection des plastiques dans les débris marins dans des conditions atmosphériques difficiles avec des nuages et de la brume est particulièrement importante, car les plastiques sont souvent emportés dans les eaux libres après des pluies et des inondations. C’est ce que montrent les inondations de Pâques à Durban en Afrique du Sud : en 2019, une longue période de pluie a entraîné le débordement des rivières, entraînant l’emportement d’une quantité beaucoup plus importante de déchets que d’habitude.
Il a été transporté via le port de Durban jusqu’au large de l’océan Indien. Dans les images satellite, ces objets flottant entre les nuages sont difficiles à distinguer lorsque l’on utilise des « canaux » de couleur rouge-vert-bleu courants. Ils peuvent être visualisés en passant à d’autres canaux spectraux, notamment la lumière proche infrarouge.
La double vue révèle les directions de dérive
Outre une prévision plus précise des agrégations de débris marins, le modèle de détection détectera également les débris dans les images PlanetScope accessibles quotidiennement.
« La combinaison de Sentinel-2 hebdomadaire avec les acquisitions quotidiennes de PlanetScope peut combler l’écart vers une surveillance quotidienne continue », a expliqué Rußwurm.
« De plus, PlanetScope et Sentinel-2 capturent parfois la même parcelle de débris marins le même jour, à seulement quelques minutes d’intervalle. Cette double vue du même objet à deux endroits révèle la direction de la dérive due au vent et aux courants océaniques sur l’eau. Ces informations peuvent être utilisées pour améliorer les modèles d’estimation de la dérive des débris marins. »
Plus d’information:
Marc Rußwurm et al, Détection à grande échelle de débris marins dans les zones côtières avec Sentinel-2, iScience (2023). DOI : 10.1016/j.isci.2023.108402