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Un nouveau regard sur les mers, la Terre et l’espace

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Des profondeurs des océans au fin fond de l'univers, les nouvelles technologies font progresser les connaissances. Dans cette édition spéciale de Futuris, nous rencontrons des explorateurs des temps modernes en mer, sur Terre et dans l'espace dont les travaux soutenus par l'Union européenne offrent des avancées scientifiques et des retombées concrètes.

Les grands fonds marins, témoins du changement climatique

Après un long voyage dans l'océan atlantique, un navire de recherche accoste à Malaga. Son équipage international vient de passer un mois en mer à étudier les fragiles écosystèmes marins. Dans le cadre d'un projet de recherche européen baptisé ATLAS, 25 expéditions d'études de ce genre ont été lancées dans et aux abords de l'océan atlantique.

'L'océan change à bien des égards, souligne J. Murray Roberts, coordinateur du projet et professeur universitaire de biologie marine à Edimbourg. Il devient plus acide au fil du temps, il se réchauffe comme le fait la planète et il y a aussi les courants dans l'océan qui se modifient : il faut que l'on comprenne mieux ces phénomènes, souligne-t-il. D'après les scientifiques, jamais dans l'histoire de la Terre, le rythme de ces changements n'a été aussi élevé.

Covadonga Orejas Saco del Valle, spécialiste des éco-systèmes marins de l'Institut espagnol d'océanographie, vient d'arriver à Malaga. Elle nous décrit la mission que son équipe vient de mener : 'C'était la première fois qu'on allait à une telle profondeur et le robot téléguidé [qu'elle nous présente] nous permet de prendre des images inédites, on peut se rendre sur des lieux que jamais aucun homme n'a pu voir et ainsi, on peut étudier la répartition des organismes et la composition des communautés ; ce qui nous renseigne encore plus sur le fonctionnement de cet écosystème,' indique-t-elle.

RV Sarmiento de Gamboa docks in Malaga after a 35-day Atlantic eu_atlas expedition - coming up November 14 in #Futuris on euronews pic.twitter.com/1cRtGjTzfv- Denis Loctier (@loctier) 27 octobre 2016

Les robots sont 'les mains et les yeux des chercheurs'

Les ROV, les robots pilotés à distance, peuvent supporter d'énormes niveaux de pression. Un engin de ce type a par exemple, été envoyé à deux kilomètres de profondeur pour analyser un mont sous-marin près de l'archipel des Açores. 'On ne peut pas comprendre les grands fonds marins sans se rendre sur place, fait remarquer J. Murray Roberts. Les ROV sont les mains et les yeux des chercheurs au fond de la mer : on peut étudier de larges zones en haute définition et on peut prélever en prenant beaucoup de précautions, des échantillons d'animaux qui y vivent,' précise-t-il.

L'objectif avec ces échantillons collectés dans des zones-clés en termes de biodiversité, c'est d'analyser les ressemblances génétiques entre les organismes marins de la Méditerranée et ceux de l'Atlantique.

Find out all about eu_atlas with our new fact-sheet #deepsearesearch #h2020 #coldwatercorals pic.twitter.com/Wc8NGwZOkv- Eu_ATLAS (eu_atlas) 1 novembre 2016

Joana Boavida, biologiste marine à l'IFREMER, institut qui participe également au projet ATLAS, indique : 'Il y a des sites où il est tout-à-fait essentiel de comprendre ce qui se passe et qu'il faut protéger.
Cette information sur les liens entre les populations est absolument nécessaire, insiste-t-elle, pour avoir une meilleure gestion des ressources génétiques sous-marines au niveau européen.'

Les scientifiques espèrent mieux comprendre comment les mers réagissent au changement climatique et aux premières exploitations industrielles des ressources des grands fonds océaniques.

Hope we can improve #deepseadata coverage in the N-Atlantic with eu_atlas DeepSea_Sponges #ABYSSLINE USGS INDEEP_ProjectNOAACoral etal pic.twitter.com/z1AiZxze7P- OBIS (OBISNetwork) 4 novembre 2016

Cartographier les terres agricoles

Les nouvelles technologies peuvent nous aider à rendre l'agriculture plus performante et plus écologique. En Ukraine, découvrons un autre projet de recherche européen appelé SIGMA.

Dans la campagne près de Kiev, un drone contrôlé par ordinateur vole de manière autonome. Il est équipé d'une caméra spéciale qui peut prendre des images en haute résolution des terres agricoles, des vues beaucoup plus détaillées que celles fournies par les satellites.

Mykola Lavreniuk, chercheur en intelligence artificielle à l'Institut ukrainien de recherche spatiale (NASU-SSAU), précise : 'On analyse les images prises par le drone : elles sont très détaillées, elles montrent clairement ce qui est cultivé sur chaque parcelle. On peut établir une carte de classification des sols en entrant ces données de validation dans notre modèle,' poursuit-il.

'Les meilleures récoltes possibles'

Ces chercheurs qui participent à ce projet utilisent aussi une application mobile spécifique et des appareils photo grand angle pour établir des données statistiques sur les parcelles.

Bohdan Yailymov, spécialiste du traitements de l'imagerie satellite à l'Institut NASU-SSAU, explique : 'On veut connaître l'état des cultures : comment elles poussent, comment elles se développent, ce qui se passe pendant la période de culture pour produire les meilleures récoltes possibles.'

#SIGMA poster EU_Commission booth at GEO XIII PLENARY #GEOweek16 GEOSEC2025 G20_GEOGLAM Check out more on objectives, products & results. pic.twitter.com/quegmt47jW- SIGMA (SIGMA_GEOGLAM) 9 novembre 2016

Volume important de données

Cette équipe a ainsi étudié plus de 5000 champs dans toute l'Ukraine. Les images collectées ont été intégrées à un logiciel où des algorythmes d'intelligence artificielle traitent l'ensemble des données pour élaborer une carte des terres agricoles.

'Comme nous avons un volume important de données d'imagerie, nous avons besoin de les traiter de manière automatique, souligne Nataliia Kussul, directrice adjointe de l'Institut NASU-SSAU. C'est pour cela que nous développons des modèles intellectuels qui simulent les capacités du cerveau humain à reconnaître les données : ce système informatique reconnaît automatiquement les types de sols et les principales cultures qui poussent sur les parcelles et les classifie,' ajoute-t-elle.

Ce système testé dans différents pays sur plusieurs continents peut fournir des données précieuses sur la production agricole à travers le monde. Il s'agit à terme, de mieux prévoir les récoltes et de limiter la fluctuation des prix des denrées agricoles au niveau mondial. 'On teste les différentes méthodes - la cartographie des cultures, les statistiques agricoles, le suivi de la production et la mesure de l'impact environnemental de nouvelles pratiques agricoles - à l'échelle de certaines régions, dit Sven Gilliams, coordinateur du projet SIGMA, avant d'ajouter : Grâce aux résultats qu'on obtient, on aboutit à des méthodes plus fiables que l'on peut mettre en place au plan mondial.'

#agriculture Un hub permet à 120 fermiers australiens d'utiliser des images satellite pour gérer leurs propriétés https://t.co/t5syA8i5FD- CNES Technologies (@CNES_Techno) 15 janvier 2016

Le plus grand radiotélescope du monde

Les radiotéléscopes nous permettent de voir de plus en plus loin dans l'Univers et plus le téléscope est grand, plus il est sensible. A Cambridge, les scientifiques sont en train de concevoir un observatoire déployé sur plusieurs continents. Ils testent un prototype de ce qui sera à terme, le plus grand radiotéléscope au monde avec des implantations en Australie et en Afrique du Sud. Le SKA - c'est son nom - fonctionnera grâce à des champs d'antennes statiques très éloignés les uns des autres.

Eloy de Lera Acedo, radioastronome à l'Université de Cambridge, nous décrit l'une de ses antennes : 'Ces bras métalliques qui ressemblent à un sapin de Noël collectent des photons en provenance du ciel et les transforment en courant électrique qui remonte jusqu'en haut de l'antenne où se trouve la partie électronique. Dans cette boîte blanche, montre-t-il, il y a les éléments électroniques qui recueillent ce courant électrique venant de l'antenne et l'amplifient pour qu'il puisse être étudié par nos supercalculateurs.'

En regroupant des antennes de petite taille, on évite de construire un seul immense télescope très coûteux tout en ayant un résultat similaire.

'Le SKA représente vraiment la prochaine étape de la radioastronomie, assure Jeff Wagg, scientifique projet au sein de SKA. On prévoit de construire deux télescopes : l'un à basses fréquences avec des antennes dipôles semblables à celles que vous voyez ici - mais il y en aura 130.000 -, l'autre avec des antennes paraboliques moyennes et hautes fréquences - il y en aura environ 200 en Afrique du Sud,' dit-il.

Met SKA_telescope scientists at this fascinating prototype of world's largest radio telescope - soon #in #Futuris! pic.twitter.com/aaAxBjudlH- Denis Loctier (loctier) 20 octobre 2016

Remonter jusqu'à un milliard d'années après le Big Bang

Le SKA dont la mise en service est annoncée pour le début des années 2020 devrait offrir une multitude de nouvelles données sur ce qui compose notre Univers, mais aussi sur ses origines.

'Imaginez : on sera capable de créer un film en 3 D montrant l'évolution des gaz et de la structure de l'Univers depuis cette période très précoce d'un milliard d'années après le Big Bang jusqu'à aujourd'hui avec les galaxies telles qu'on les connaît comme notre Voie lactée,' s'enthousiasme Jeff Wagg.

Construire le plus grand télescope au monde, c'est évidemment un défi multiple, notamment logistique. Les 130.000 antennes destinées à la partie australienne du SKA ont été pensées pour être peu coûteuses, faciles à assembler et extrêmement durables.

'Toute l'électronique qui se trouve dans l'antenne doit être protégée du sable qui peut rentrer à l'intérieur et les éléments mécaniques de l'antenne sont assez robustes pour résister à des vents de plus de 160 km-heure et à d'autres conditions météo difficiles dans le désert,' affirme Eloy de Lera Acedo.

Dimension transcontinentale

Les téléscopes implantés en Australie et en Afrique du Sud formeront un seul et unique observatoire transcontinental. Le traitement des signaux de chacune des antennes qui les composent nécessitera une puissance de calcul sans précédent.
'Il y aura deux supercalculateurs géants sur chaque site du SKA : ils seront aussi puissants que le plus puissant des supercalculateurs actuels au monde, ils le seront même plus, insiste Rosie Bolton, scientifique projet en charge du Processeur de données scientifiques à l'Université de Cambridge. Le flux de données qui arrivera au niveau du Processeur de données scientifiques sera plus important que la totalité du trafic internet actuel dans le monde, donc c'est un système immense !' lance-t-elle.

Discovering the unknown: our new trailer introducing the SKA is out, watch it now! https://t.co/Y1y1Oer7zd- SquareKilometreArray (@SKA_telescope) 15 août 2016

L'exemple de LOFAR

Cet instrument scientifique déployé en partie aux Pays-Bas, à Dwingeloo, donne un aperçu du futur fonctionnement du SKA.

Doté de 40.000 antennes, ce radiotélescope géant à basses fréquences baptisé LOFAR est aujourd'hui, l'un des plus grands réseaux mondiaux en radioastronomie. 'Dans la région centrale de LOFAR, nous avons 25 stations, il y en a d'autres à proximité des Pays-Bas et nous avons aussi des stations internationales en Allemagne, en Pologne, en Suède, en France, au Royaume-Uni et bientôt, on en aura une en Irlande également,' précise Michiel van Haarlem, chef du bureau néerlandais de SKA au sein d' ASTRON (Institut de radioastronomie des Pays-Bas).

Yesterday King Willem-Alexander and Queen Máxima visited CurtinUni to hear all about SKA_telescope https://t.co/EkD5Xk8tk6 pic.twitter.com/B7Rp5n9PZv- ASTRON (@ASTRON_LOFAR) 2 novembre 2016

Ce sont des câbles à fibres optiques qui relient le coeur de LOFAR et ses stations éloignées au centre néerlandais de traitement de données : tous les signaux y sont réunis pour établir des cartes du ciel. Michiel van Haarlem ajoute : 'L'éloignement des antennes sur le globe nous apporte la netteté, la capacité d'avoir de la finesse dans les détails du ciel : ce qu'on n'arrive pas à avoir quand toutes les stations sont collées les unes aux autres.'

Coûts moindres

Les chercheurs ont conçu des outils informatiques qui tiennent compte des distances entre chaque antenne pour que les signaux captés correspondent à la même observation. 'Tous les signaux provenant d'une zone donnée dans le ciel sont ajoutés de manière cohérente, indique Gijs Schoonderbeek, ingénieur instrument chez ASTRON. Donc ils sont dans la même phase, ils s'ajustent parfaitement et les signaux des zones alentour disparaissent,' poursuit-il.

Cette masse de données sera transmise par des liaisons par fibre optique élaborées par les scientifiques. Leur modèle coûte moins cher que celles que l'on trouve à environ 1000 euros l'unité dans le commerce et se branche sur port USB.

'On a fait baisser le prix aux environs de 25 euros l'unité : ce qui est une réduction substantielle et c'est ce genre de technologie qu'on obtient : un petit module enfichable qui exécute la tâche demandée,' indique Peter Maat, chercheur système chez ASTRON.

Dans quelques années, le plus grand télescope du monde devrait ainsi s'étendre sur plusieurs milliers de kilomètres. Cet instrument de précision et de performance inégalées permettra aux astronomes de remonter encore plus loin dans l'histoire de l'Univers.

Denis Loctier avec Stéphanie Lafourcatère
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Publié le 14/11/2016

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