Les mathématiques peuvent sauver des vies en mer
Des centaines de personnes meurent en mer chaque année à cause d'accidents de bateaux et d'avions. Les équipes d'urgence ont peu de temps pour secourir celles et ceux qui sont dans l'eau et la probabilité de retrouver une personne vivante s'effondre au bout de six heures. Au-delà des marées et des conditions météorologiques difficiles, les courants côtiers instables rendent souvent les opérations de recherche et de sauvetage extrêmement difficiles.
Les nouvelles connaissances sur les courants côtiers acquises par une équipe de recherche internationale dirigée par George Haller, professeur de dynamique non linéaire à l'ETH Zurich, promettent d'améliorer les techniques de recherche et de sauvetage actuellement utilisées. En utilisant des outils issus de la théorie des systèmes dynamiques et des données océaniques, l'équipe a développé un algorithme pour prédire où les objets et les personnes flottant dans l'eau vont dériver. «Notre travail a un potentiel évident pour sauver des vies», déclare Mattia Serra, ancien doctorant à l'ETH Zurich et maintenant chercheur postdoctoral à Harvard, qui est le premier auteur d'une étude récemment publiée dans Nature Communications.
Un algorithme conduit aux personnes disparues
Dans les opérations de sauvetage en mer d'aujourd'hui, des modèles élaborés de la dynamique des océans et des prévisions météorologiques sont utilisés pour prévoir la trajectoire des objets à la dérive. Cependant, pour les eaux côtières en évolution rapide, ces prévisions sont souvent inexactes en raison de paramètres incertains et de données manquantes. Par conséquent, une recherche peut être lancée au mauvais endroit, ce qui entraîne une perte de temps précieuse.
L'équipe de recherche de Haller a obtenu des résultats mathématiques prédisant que les objets flottant à la surface de l'océan devraient se rassembler le long de quelques courbes spéciales qu'ils appellent TRANSIENT ATRACING PROFILS (TRAPs). Ces courbes sont invisibles à l'œil nu mais peuvent être extraites et suivies à partir de données instantanées sur les courants de surface de l'océan grâce à des méthodes mathématiques récentes développées par l'équipe de l'ETH Zurich. Cela permet une planification rapide et précise des trajectoires de recherche qui sont moins sensibles aux incertitudes sur le moment et le lieu de l'accident.
Un nouvel outil pour les sauveteurs
En collaboration avec une équipe du département d'ingénierie mécanique du MIT, un groupe de l'Institut océanographique de Woods Hole et les garde-côtes américains, l'équipe de l'ETH Zurich a testé son nouvel algorithme de recherche basé sur TRAP dans deux expériences océaniques distinctes près de Martha's Vineyard, près de la côte nord-est des États-Unis. Travaillant à partir des mêmes données en temps réel dont disposent les gardes-côtes, l'équipe a réussi à identifier les TRAP dans la région en temps réel. Ils ont constaté que les bouées et les mannequins jetés à l'eau se rassemblaient en effet rapidement le long de ces courbes évolutives. «De plusieurs approches concurrentes testées dans le cadre de ce projet, c'est le seul algorithme qui a fonctionné de manière constante in situ», explique M. Haller.
«Nos résultats sont obtenus rapidement, faciles à interpréter et peu coûteux à mettre en œuvre», souligne M. Serra. Il ajoute que la méthode qu'ils ont développée a également le potentiel de prédire l'évolution des marées noires. Le prochain plan du groupe de recherche est de tester leur nouvel outil de prédiction dans d'autres régions océaniques également. Comme le souligne George Haller : «Notre espoir est que cette méthode devienne un élément standard de la panoplie des garde-côtes partout dans le monde.»
