Repérer les déchets plastiques flottants depuis l'espace

Notre société est fortement tributaire 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 de ces déchets s'accumule dans les rivières et les lacs. Ils finissent par se déverser dans les océans, où ils peuvent former des agrégats de débris marins avec des matériaux naturels tels que le bois flotté et les algues.

Une étude de l'Université de Wageningen, aux Pays-Bas, et de l'EPFL, récemment publiée dans «Cell iScience», a mis au point un détecteur basé sur l'intelligence artificielle (IA) qui estime la probabilité de présence de débris marins sur des images satellites. Ce détecteur pourrait permettre d'éliminer systématiquement les déchets plastiques des océans à l'aide de navires.

Les accumulations de débris marins sont visibles sur les images satellites Sentinel-2 de l'Agence Spatiale Européenne (ESA), disponibles gratuitement, qui capturent les zones côtières tous les deux à cinq jours dans le monde entier. Comme ces images représentent des téraoctets de données, elles doivent être analysées automatiquement à l'aide de modèles d'intelligence artificielle tels que les réseaux neuronaux profonds.

«Ces modèles apprennent à partir d'exemples fournis par des océanographes et des spécialistes de la télédétection, qui ont identifié visuellement plusieurs milliers de débris marins sur des images satellites prises à différents endroits du globe, explique Marc Rußwurm, premier auteur de l’étude, professeur adjoint à l'Université de Wageningen et ancien chercheur à l’EPFL. Ils ont ainsi «entraîné» le modèle à reconnaître les débris plastiques». 

Les scientifiques ont mis au point un détecteur de débris marins basé sur l'IA qui estime la probabilité de présence de débris marins pour chaque pixel des images du satellite Sentinel-2. «Le détecteur reste précis même dans des conditions difficiles. Par exemple, lorsque la couverture nuageuse et la brume atmosphérique empêchent les modèles existants d'identifier précisément les débris marins», indique Marc Rußwurm.

Il est particulièrement important de détecter les plastiques dans les débris marins dans des conditions atmosphériques difficiles, 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, survenues en Afrique du Sud en 2019: une longue période de pluie a fait déborder les rivières, entraînant une quantité de déchets beaucoup plus importante qu'à l'accoutumée. Ils ont été emportés par le port de Durban dans l'océan Indien. Sur les images satellite, de tels objets qui flottent entre les nuages sont difficiles à distinguer lorsque l'on utilise les types de couleur rouge-vert-bleu habituels. Ils peuvent être visualisés en passant à d'autres canaux spectraux, y compris la lumière infrarouge proche.

Outre une prédiction plus précise des agrégations de débris marins, le modèle de détection permettra également de repérer les débris dans les images de PlanetScope, provenant de nanosatellites, accessibles quotidiennement. «La combinaison des acquisitions hebdomadaires de Sentinel-2 et des acquisitions quotidiennes de PlanetScope peut combler le fossé vers une surveillance quotidienne continue», explique Marc Rußwurm. «De plus, PlanetScope et Sentinel-2 capturent parfois la même zone de débris marins le même jour, à 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. Cette information peut être utilisée pour améliorer les modèles d'estimation de la dérive des débris marins».

À l’Université de Wageningen, Marc Rußwurm va poursuivre ces explorations en collaboration avec le professeur Tim van Emmerik, expert en plastiques fluviaux, et des partenaires aux Pays-Bas, tels que Ocean Cleanup, qui collectent les plastiques en haute mer à l'aide de navires spécialisés. 

Comm/M.P.