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Hydrologie : l’Intelligence Artificielle peut-elle aider à résoudre des problèmes du monde réel ?

Depuis quelques années tout et son contraire a été dit sur l’inexorable montée en puissance de l’Intelligence Artificielle. De fait, elle change déjà la donne dans le domaine du Numérique bien sûr mais aussi dans de nombreux autres secteurs : Économie, Défense, Industrie, Commerce, Médias/Publicité… Alors, pour le meilleur ou pour le pire ?

Nouvel Eldorado numérique et énième révolution industrielle pour certains, instrument liberticide de manipulation des masses voire véritable cavalier de l’Apocalypse pour d’autres… qu’en est-il vraiment ?

L’avenir le dira mais en attendant, loin des débats idéologiques, l’Intelligence Artificielle peut à coup sûr être considérée comme un outil au potentiel sans précédent mis au service de nos sociétés technologiques.
 Ce que l’Homme fera de cet outil dépendra certainement du contexte géopolitique et des choix qui seront pris dans les quelques années qui viennent.

De son côté, vorteX-io, fait partie de ceux qui ont fait le pari que l’IA pouvait être mise au service de l’Environnement, du Progrès en général et de la Science en particulier et ce, dans l’intérêt de chacun.

Le recours à l’Intelligence Artificielle dans le domaine de l’hydrologie était dès le début à la fois un souhait et une orientation stratégique pour vorteX-io. L’enjeu : utiliser la puissance et la souplesse de ce type d’outil pour notamment améliorer concrètement la prédiction et l’anticipation des crues continentales en se basant sur les données des mesures concrètes faites in-situ par les micro-stations du réseau vorteX-io.

Quand on parle d’IA, il faut garder à l’esprit un point fondamental : l’IA consomme de la donnée, elle en est même friande. Or, pour atteindre la redoutable efficacité qui a établi sa réputation, elle a besoin de se nourrir de données de grande qualité et en grande quantité. 

Le réseau vorteX-io s’enrichit justement sans cesse de nouvelles micro-stations déployées sur le terrain et disposant d’une fréquence de mesure  inégalée, faisant de cette constellation de capteurs un véritable générateur de données hydrologiques (hauteur d’eau, vitesse de surface, images, etc.)

Le hackathon « AI for Earth 2 »

De cette volonté forte d’exploiter au mieux la richesse de ces données, et grâce à l’expertise et à l’aide précieuse et bienveillante de Simon Chambers (dirigeant d’Axsysnav) est née l’idée d’organiser un hackathon*.
Le concept : mettre au défi des experts du domaine de l’Intelligence Artificielle pour développer des modèles de prédiction hydrologiques.

Dans cette optique, Axsysnav a identifié la plateforme en ligne FruitPunch AI pour co-organiser l’évènement, dans le cadre du projet SUN : Space Hubs Network, programme de soutien financé par l’UE à destination des entreprises européennes les plus prometteuses du secteur des technologies du Spatial.
Ce hackathon donc été soumis à la communauté « AI for Good » (littéralement « L’Intelligence Artificielle au service du Bien »), composée de tous les acteurs de l’IA qui le souhaitent (chercheurs, ingénieurs, étudiants, etc.) de mettre bénévolement leur talent au service de projets utiles pour le bien de tous et pour la Planète.

En partenariat avec vorteX.io, FruitPunch AI a donc organisé, avec succès, un challenge/hackathon nommé « AI for Earth – Inland Floods Prediction Challenge » (IA pour la Terre – Challenge de prédiction des inondations continentales) qui s’est déroulé entre le mois de juin et la fin du mois d’août 2022.

L’objectif pour les Data Scientists participants était de prédire précisément l’évolution de la hauteur d’eau de certaines rivières françaises à partir des mesures effectuées sur le terrain par les micro-stations du réseau vorteX-io et du réseau Vigicrues, avec pour objectif final d’anticiper les futures crues et permettant d’améliorer encore la pertinence et l’efficacité du réseau vorteX-io.

Deux équipes ont ainsi travaillé pendant deux mois sur ce passionnant défi et, chacune avec sa méthodologie, elles ont développé des algorithmes complémentaires de prédiction des crues. Le jeu de données initial fourni était composé des mesures de hauteur d’eau issues des micro-stations vorteX-io installées sur la Garonne, complétées par les mesures des stations Vigicrues correspondantes disponibles sur le même secteur.
La première équipe a basé son approche sur un modèle de régression pendant que la seconde équipe axait son travail sur des réseaux de neurones.
Le challenge a largement porté ses fruits puisque des résultats très encourageants ont été obtenus des deux côtés et ne demandent désormais plus qu’à être implémentés et améliorés par les équipes R&D de vorteX-io.

Les résultats du challenge

Soyons clair, à l’issu d’un évènement de ce type aucun gagnant  n’est désigné, de même, il n’y a rien à gagner, aucun prix, ça n’a jamais été le moteur. L’enjeu est à la fois purement symbolique et honorifique pour les participants et très concret pour ce qui est de l’exploitation des résultats.

Ce précieux travail préparatoire a ainsi permis à vorteX-io d’évaluer de façon très pragmatique la validité des modèles prédictifs issus de l’Intelligence Artificielle développés par les data scientists lors de ce hackathon.
Il pose les bases d’un travail qui permettra très prochainement d’améliorer encore la qualité des services proposés par MAELSTROM®, notre plateforme dédiée à l’hydrologie.

 

Un exemple de prédiction de crue basée sur l’IA

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Exemple de prédiction de crue-inondation par Intelligence Artificielle (© 2022 FruitPunch AI)

(série temporelle issue de la micro-station Marmande)

  • Ligne orange : mesure réelle de hauteur d’eau effectuée 
  • Ligne bleue : prévision de hauteur d’eau calculée avec 6 heures d’anticipation (modèle ARIMA)

Les résultats obtenus par les 2 équipes se sont avérés tout à fait à la hauteur des attentes de chacune des parties prenantes de ce hackathon. Les prédictions réalisées grâce aux séries temporelles de données étudiées ont permis de prédire les occurrences de crue avec une très grande précision entre 6h et 24h à l’avance.
Sans surprise, ces résultats ont également mis en lumière la supériorité des modèles se basant sur les mesures de plusieurs capteurs situés en amont du point étudié. La notion de constellation de capteurs in-situ en temps réel portée par vorteX-io se voit ainsi une nouvelle fois validé.

VorteX-io, s’est fixé comme objectif ambitieux d’exploiter au mieux les données hydrologiques de son propre réseau et provenant de sources externes pour modéliser les cours d’eau et créer leurs jumeaux numériques.
Car l’eau est à la fois précieuse et redoutable et les cours d’eau en sont les principaux vecteurs continentaux. À ce titre, ils doivent être considérés comme étant de véritables actifs (dans le sens patrimonial du terme) des territoires qu’ils irriguent.
Notre démarche vise donc le double but final de faciliter une gouvernance de l’eau basée sur les données hydrologiques et d’améliorer la sécurité des personnes et des biens dans les nombreuses zones soumises aux risques naturels de type inondation-sécheresse. Nul doute que d’ici quelques mois, la puissance de l’Intelligence Artificielle nous permettra d’obtenir des résultats encore plus précis. 

En conclusion

Ce challenge, et les débouchés extrêmement prometteurs qu’il offre, permet donc d’apporter un modeste élément de réponse à la question initialement posée. Oui, en tant qu’outil, l’Intelligence Artificielle peut être appliqué à la résolution de problèmes du monde réel, au bénéfice du plus grand nombre.
À l’image de l’immense majorité des outils jamais découverts, créés et utilisés par l’Homme, l’IA comporte des aspects positifs mais aussi des facettes plus sombres. Reste à savoir si nous aurons la sagesse de faire pencher la balance du bon côté.

Remerciements et liens utiles

Pour les spécialistes (ou pas), les résultats en détail et en anglais du AI for Earth 2 Challenge sont disponibles ici :

https://www.fruitpunch.ai/blog/ai-based-early-warning-system-for-river-floods

Nous profitons de cet article pour renouveler tous nos remerciements à :

Ainsi qu’aux membres des 2 équipes participantes.

⬆︎ hackathon : nom masculin, évènement au cours duquel des spécialistes se réunissent durant plusieurs jours autour d’un projet collaboratif de programmation informatique ou de création numérique.
(source : Dictionnaire le Robert)

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