27/01/2014 - Vision stéréoscopique pour prédire de grandes vagues et marées

Menéame

Enquêteurs UPM collaborent à la création d’un outil d’observation qui mesure et analyse le flux marin au moyen de caméras stéréo.

Ce système stéréo d’observation à distance appelé WASS (Wave Acquisition Stereo System) permet une évaluation comparative des marées et de leur impact sur la côte, la navigation et les plates-formes marines, bien supérieure à celle classique des bouées ou autres instruments traditionnels.

Cet outil, installé à une certaine hauteur, permet d’obtenir des données fiables de la topographie de la surface marine dans de vastes zones de l’océan, dont on peut extraire des paramètres caractéristiques des vagues: hauteur représentative, direction de propagation, spectre, etc.

Outre le projet Groupe de traitement des images (GTI) Université polytechnique de Madrid (UPM), l’école School of Civil and Environmental Engineering y l’école School of Electrical and Computer Engineering du Georgia Institute of Technology (Atlanta, États-Unis), et l’Institute of Marine Sciences, Italian National Research Council (Venise, Italie).

Cette initiative a été lancée à l’Institut géorgien de la technologie à partir d’une étude financée par la Chevron Corporation pétrolière, qui vise à estimer la hauteur maximale des vagues dans une région océanique. C’est ce qu’explique le Dr Guillermo Gallego, du GTI, l’un des chercheurs pionniers de ce projet, avec les docteurs F. Fedele, A. Yezzi et A. Benetazzo. Il s’agissait de reconnaître la topographie marine de surface afin de concevoir la zone de éclaboussure (hauteur où le pont doit être placé) de ses plates-formes d’exploitation, afin de les protéger contre les grandes vagues générées par les tempêtes.

Le système fonctionne expérimentalement à 15 kilomètres de la côte de Venise, au nord de la mer Adriatique, et pourrait être utilisé pour générer des alarmes et élever les barrières mobiles du MOSE (MOdulo Sperimentale Elettromeccanico) qui protègent la lagune. "Nous l’utilisons actuellement pour réaliser des études physiques des états de la mer, en mesurant les paramètres caractéristiques des vagues (tels que la hauteur représentative, la longueur d’onde et la période moyenne, la direction de propagation, le spectre tridimensionnel, etc.) qui nous permettent de comparer des modèles théoriques avec des données expérimentales de vagues réelles, non simulées," indique le docteur Gallego.

Ce chercheur de l’UPM indique que, bien qu’il soit en phase expérimentale, et les zones choisies (Venise et mer Noire, près de la péninsule de Crimée) ne sont pas particulièrement turbulentes, cet outil de mesure des marées pourrait être utilisé pour détecter les tsunamis. Il assure, même, qu’il aurait permis d’anticiper les effets pervers du temporal qui a touché la côte cantabrique au début de cette année 2014, avec des vagues jusqu'à 20 mètres de hauteur. Cela aurait été possible en installant des caméras sur des plates-formes ou des phares proches de la côte qui auraient fourni une meilleure connaissance de l’ampleur du temps.
 

Outils de détection des tsunamis

En outre, le docteur Gallego suggère que, si WASS s’adapte à l’installation en hélicoptère ou drones, de grandes zones de l’océan pourraient être surveillées. Cela permettrait de détecter des anomalies à la surface de la mer qui sont des indices des changements de pression sous le fond marin, qui sont liés aux tsunamis.

Les avantages du système de mesure des vagues par vision artificielle (chambres stéréo) sur les systèmes traditionnels de bouées sont multiples, mais principalement deux: économiques (à la fois d’installation et d’entretien) et scientifiques. Quant à la dernière, le chercheur souligne que, spatialement, les caméras permettent d’observer et de mesurer les vagues dans une région de la mer, tandis que les méthodes traditionnelles ne mesurent qu’un seul point. Si l’on veut obtenir des informations directionnelles par l’intermédiaire de ces derniers, il faut un tableau de points d’observation, ce qui implique l’utilisation de plusieurs bouées et, pourtant, les informations topographiques qu’elles donnent n’est pas aussi riche que celles fournies par le système de vision, car elles ne mesurent qu’en plusieurs points au lieu de disposer de la carte de levage de la surface de la mer sur une région. Un exemple clair est celui de l’estimation de la hauteur maximale des vagues dans une région pendant une certaine période: si la crête de la vague ne passe pas juste par les bouées, elles sous-estimeront cette hauteur maximale; au contraire, le système de vision permet l’observation de toute la zone sous étude, de sorte que votre estimation de la hauteur maximum sera plus précise.

Contrairement à d’autres méthodes, ce système permet une caractérisation complète de la hauteur des vagues tant dans l’espace (2D) que dans le temps (1D), ce qui donne lieu à un volume (3D) de données avec toutes les informations pertinentes de la surface de la mer: hauteur représentative des vagues, direction de propagation, spectre, etc. Il suffit de savoir extraire ces informations, indique le Dr Gallego. "Par exemple, comme le fonctionnement d’un égaliseur graphique dans un lecteur sonore, on peut obtenir la quantité d’énergie des vagues contenue dans différentes bandes de fréquence (spatiales et temporelles). L’analyse de cette distribution de l’énergie (spectre 3D) des vagues en révèle des informations précieuses."

Pour mieux l’expliquer, le chercheur ajoute que "si l’énergie n’est pas distribuée selon la loi de dispersion en eau profonde (qui établit un rapport entre la longueur d’onde des vagues et leur période), mais qu’un déplacement en fréquence (effet Doppler), cela peut être dû à l’existence d’un courant marin dont on peut estimer la direction et l’ampleur en analysant les altérations qu’il provoque à la surface, c’est-à-dire sans qu’il soit nécessaire de la mesurer par instrumentation sous-marine." Il conclut: "Les coupures ou sections du spectre 3D permettent d’analyser des informations bidimensionnelles: direction de propagation d’ondes et longueur d’onde (espace versus espace), rapport de dispersion (espace versus temps) et effets non-linéaires difficiles à révéler par d’autres moyens."

À l’avenir, cet ensemble d’outils pourrait permettre de reproduire quelque chose d’aussi changeant que la topographie des eaux de l’océan et même de cartographier les marées de différentes zones marines, mais cela exigerait un investissement plus long et des ressources de stockage pour conserver les données dont les chercheurs ne disposent pas actuellement. Cependant, ils n’empêchent pas de faire un pas de plus, puisque leur système utilise l’analyse multi-résolution pour reconstruire la surface de la mer, ce qui permet de choisir jusqu'à quel niveau de détail il est intéressant d’estimer la vague. Enfin, il s’agirait de procéder à une étude plus approfondie de l’océan en tant que source inépuisable de recherche qui permettrait de comparer et de valider des modèles théoriques avec lesquels il pourrait générer des connaissances scientifiques.

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UPM

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