La turbulence, responsable de nombreux vols agités et d’une part significative des dépenses énergétiques dans les véhicules et les avions, demeure l’un des grands défis non résolus de la physique. Récemment, une équipe de l’Université Polytechnique de Valence (UPV) et de l’Université du Michigan a mis au point un nouveau modèle d’intelligence artificielle explicable pour identifier les zones les plus influentes au sein d’un flux turbulent et ainsi améliorer notre compréhension de ce phénomène. Cette recherche a été publiée dans la revue Nature Communications.
« Une meilleure description de la turbulence permet de prévoir les zones dangereuses en vol et de réduire les risques pour les passagers. Cela pourrait également aider à la maîtriser dans les processus industriels, à optimiser la combustion ou à diminuer la résistance aérodynamique, un objectif qui pourrait avoir un impact économique considérable », souligne Sergio Hoyas, chercheur à l’Institut de Mathématiques Pures et Appliquées (IUMPA) de l’UPV et co-auteur de l’étude.
Depuis plus d’un siècle, la turbulence représente un véritable casse-tête : des équations complexes, des expériences délicates et des ordinateurs manquant de puissance ont empêché sa déchiffration. « L’IA nous offre désormais un nouvel outil, avec un potentiel significatif, pour s’attaquer à ce problème et identifier les régions d’un flux turbulent ayant un réel impact sur son évolution », ajoute Andrés Cremades, également chercheur à l’IUMPA de la Polytechnique de Valence.
Dans leur étude, l’équipe de l’UPV et de l’UM applique son nouveau modèle d’IA à l’analyse de la turbulence. À partir d’une simulation extrêmement détaillée d’un flux turbulent, l’algorithme d’IA évalue l’importance des différentes dynamiques turbulentes. Contrairement à d’autres travaux basés sur l’intelligence artificielle qui fonctionnent comme une « boîte noire », cette méthode non seulement prédit l’évolution du flux, mais indique également quelles régions précises influencent le plus son développement.
Pour entraîner ce modèle, les chercheurs ont combiné des simulations numériques de haute précision avec des techniques d’intelligence artificielle explicables, connues sous le nom de SHAP. « À présent, nous savons exactement quelles zones du flux nous devons modifier si nous souhaitons réduire la résistance, améliorer la combustion ou diminuer la pollution », précise Sergio Hoyas.
Le travail de l’équipe UPV-UM est particulièrement pertinent pour concevoir des stratégies de contrôle plus efficaces de la turbulence, permettant ainsi de réduire la friction, la consommation d’énergie ou l’usure des systèmes industriels. Étant donné qu’environ 15 % de l’énergie mondiale se perd à cause d’effets liés à la turbulence, une identification précise des zones clés du flux pourrait favoriser le développement de technologies plus durables dans des secteurs comme l’aéronautique, l’automobile ou l’énergie éolienne.
Un problème à un trillion de dollars
Selon l’équipe universitaire, cette technique peut également s’appliquer à d’autres enjeux physiques nécessitant une identification des facteurs réellement importants.
« Démontrer l’existence et l’unicité des solutions aux équations de la mécanique des fluides est déjà connu comme le problème du million de dollars. Résoudre la turbulence d’une manière pratique serait, quant à elle, le problème du trillion de dollars », conclut Ricardo Vinuesa.
Points à retenir
- La turbulence est un problème complexe qui impacte à la fois l’aviation et les processus industriels.
- Une nouvelle approche d’intelligence artificielle permet d’identifier les zones critiques des flux turbulents.
- Cela ouvre des perspectives pour améliorer la sécurité en vol et optimiser la consommation d’énergie dans diverses industries.
- La recherche menée par l’UPV et l’UM pourrait conduire à des développements technologiques plus durables.
Sur ces questions, il est fascinant de penser à l’avenir que ces découvertes pourraient engendrer. En tant que société, nous devons nous interroger sur la manière dont nous appliquons ces avancées scientifiques et leur potentiel impact sur notre quotidien. La route est encore longue, mais chaque pas vers une meilleure compréhension de la turbulence pourrait avoir des répercussions considérables sur notre mode de vie et sur l’environnement. Quelles seraient nos priorités dans cette quête de solutions durables ?