Un ballon stratosphérique gère les variations de vents grâce à l’intelligence artificielle

Les ballons stratosphériques sont souvent utilisés pour réaliser des expériences non habitées dans la haute atmosphère. Ils profitent des changements de vents d’une altitude à l’autre pour se maintenir au-dessus d’un point. Aucune motorisation n'est donc nécessaire, il suffit de monter ou de descendre et de se positionner dans un courant favorable (voir illustration ci-dessous).

La gestion des altitudes de vols peut être assurée par des systèmes de navigation au sol mais depuis quelques d’années, les recherches se sont orientées vers des solutions autonomes, afin de réduire la consommation d’électricité à bord et les coûts de gestion.

Les ballons autonomes, appelés également auto-navigants, sont en effet dotés de contrôleurs de bord qui détectent les vents favorables en passant d’une altitude à l’autre. La recherche du niveau de vol approprié nécessite cependant de l’énergie, qui pourrait être utilisée à d’autre tâches, comme le relais de télécommunications. D’où l’intérêt d’une gestion précise et rapide des choix.

Une équipe de chercheurs canadiens dirigés par Marc Bellemare vient précisément de faire une percée dans ce domaine. Les résultats de leurs travaux ont été publiés la semaine passée dans la revue « Nature ».

Basée à Montréal, l’équipe a mis au point un ensemble d’algorithmes à la fois écrits et exécutés par un système de contrôle de vol basé sur l’apprentissage, dit « par renforcement profond ». Cette méthode est notamment celle qui a été utilisée par Google AI pour battre des humains au jeu de Go ainsi qu’à Dota 2, et qui permet aux logiciels de s’enseigner eux-mêmes des compétences en apprenant de leurs propres erreurs.

Ce système d'apprentissage mécanique - ou réseau neuronal artificiel - a permis d'améliorer le temps de prise de décision pendant les vols par rapport aux systèmes de contrôle utilisés précédemment, en utilisant une puissance de batterie similaire. Il a récemment prouvé son efficacité à bord de ballons stratosphériques, en se maintenant de manière autonome au-dessus du Pacifique pendant 39 jours d’affilée.

Il convient cependant de préciser que les zones où le système a été expérimenté se caractérisaient par des cortèges de vents relativement faibles, atteignant leur intensité maximale à une altitude de 30 km et ne changeant de direction que tous les 14 mois environ. Il faudra encore l’améliorer pour avoir un taux de réussite comparable sur l’ensemble du globe.

Nombreux débouchés commerciaux et scientifiques

L'avènement de ballons autonomes efficaces ouvre la voie à toute une série d'applications: le géant Google a lancé il y quelques années le projet « Loon » avec pour objectif de connecter les populations exclues d’internet grâce à des ballons placés à 20 km du sol. Ces derniers utilisent précisément le système canadien. Le kenya est le premier pays à en bénéficier.

De tels ballons sont également utilisés pour étudier les ondes de petite et de grande envergure dans la stratosphère tropicale, pour détecter les sons de basse fréquence produits par l'océan, la foudre et les tremblements de terre. Leur potentiel pour les missions de surveillance est assez apparemment assez élevé.

La recherche spatiale s’y intéresse aussi dans le cadre de futures explorations de l'atmosphère de Vénus, pour rechercher des signes de volcanisme actif et des signatures chimiques de la vie...

Philippe Jeanneret