Les scientifiques de Sandia utilisent l’apprentissage automatique pour – Technoguide

L’hydrate de méthane, un matériau semblable à de la glace fait de gaz naturel comprimé, brûle lorsqu’il est allumé et peut être trouvé dans certaines régions du fond marin et dans le pergélisol arctique.

Considéré comme la plus grande source de gaz naturel au monde, l’hydrate de méthane est une source potentielle de carburant, et s’il «fond» et que du méthane est rejeté dans l’atmosphère, c’est un puissant gaz à effet de serre. Pour ces raisons, il est important de savoir où se trouve l’hydrate de méthane et quelle en est la quantité.

Une équipe de chercheurs de Sandia National Laboratories et du US Naval Research Laboratory a développé un nouveau système pour modéliser la probabilité de trouver de l’hydrate de méthane et du méthane gazeux qui a été testé dans une région du fond marin au large des côtes de Caroline du Nord.

Bien que des gisements d’hydrate de méthane aient été découverts à divers endroits, il existe d’importantes inconnues quant à la quantité d’hydrate de méthane présente sur le fond marin et à leur emplacement. Il est difficile de collecter des échantillons du fond marin pour trouver des gisements d’hydrate de méthane. C’est là qu’intervient l’expertise en modélisation informatique de Sandia.

«C’est la première fois que quelqu’un peut aborder la distribution des hydrates de méthane de la même manière que nous abordons les prévisions météorologiques», a déclaré Jennifer Frederick, géoscientifique et chercheuse principale du projet. “Lorsque vous entendez une prévision météo pour 60% de chances de pluie de deux pouces, vous ne vous attendez pas nécessairement à exactement deux pouces. Vous comprenez qu’il y a de l’incertitude dans cette prévision, mais elle est toujours très utile. Dans la plupart des endroits sur le sur le fond marin, nous n’avons pas suffisamment d’informations pour fournir une réponse exacte, mais nous avons encore besoin de savoir quelque chose sur le méthane et sa distribution. En utilisant une approche probabiliste, similaire aux prévisions météorologiques modernes, nous pouvons fournir des réponses utiles. “

Le nouveau système combine l’expertise de longue date de Sandia en modélisation probabiliste avec des algorithmes d’apprentissage automatique du Naval Research Laboratory. Le système a été testé et affiné en modélisant la zone autour de Blake Ridge, une colline sur le fond marin de 90 à 230 miles au sud-est des Outer Banks de Caroline du Nord avec des gisements connus d’hydrate de méthane et de méthane.

L’équipe a partagé son modèle pour Blake Ridge et l’a comparé aux données empiriques précédentes dans un article publié le 14 mars dans la revue scientifique Geochemistry, Geophysics, Geosystems.

“ Prévoir ” le méthane en combinant la modélisation de l’incertitude avec l’apprentissage automatique

Le modèle mondial prédictif du fond marin du Naval Research Laboratory fournit des détails spécifiques au site sur les propriétés du fond marin, telles que la température, la concentration globale de carbone et la pression. Si des données sont manquantes pour une certaine région, le modèle du Naval Research Laboratory utilise des algorithmes avancés d’apprentissage automatique pour estimer la valeur manquante en fonction d’informations sur une autre zone qui peut être géographiquement éloignée mais similaire géologiquement.

L’équipe de recherche a importé les données du modèle du Naval Research Laboratory dans le logiciel Sandia spécialisé dans l’échantillonnage et l’analyse statistiques, appelé Dakota. À l’aide du Dakota, ils ont déterminé la valeur la plus probable des propriétés influentes des fonds marins, ainsi que la variation naturelle des valeurs. Ensuite, de manière statistique, ils ont inséré une valeur de cette plage attendue pour chaque propriété dans PFLOTRAN, un autre logiciel maintenu et développé chez Sandia. PFLOTRAN modélise la réaction des produits chimiques et le déplacement des matériaux sous terre ou sous le fond marin. L’équipe a réalisé des milliers de simulations de production de méthane dans la région de Blake Ridge. Tous les logiciels impliqués dans le système sont open source et pourront être utilisés par d’autres chercheurs océanographiques.

“L’une des choses les plus importantes que nous avons constatées est qu’il n’y a presque pas de formation d’hydrates de méthane à moins de 500 mètres, ce qui est prévisible étant donné la température et la pression nécessaires pour former l’hydrate de méthane”, a déclaré William Eymold, stagiaire postdoctoral à Sandia et auteur principal de l’article. L’hydrate de méthane solide est connu pour se former dans des environnements à basse température et haute pression où des molécules de méthane sont piégées dans des molécules d’eau bien organisées.

L’équipe a également trouvé du méthane formé plus près du rivage. Ils ont pu comparer leur modèle aux valeurs d’hydrate de méthane calculées par des études antérieures et des échantillons collectés il y a quelques décennies par le programme de forage océanique de la National Science Foundation, a-t-il déclaré. Par exemple, de l’hydrate de méthane a été détecté dans un échantillon de fond marin prélevé dans un trou foré à Blake Ridge appelé Site 997.

“Le fait que nous ayons prédit la formation d’hydrate de méthane dans des quantités similaires aux études et observations antérieures a vraiment montré que le système semble fonctionner plutôt bien, et nous serons en mesure de l’appliquer à d’autres emplacements géographiques qui peuvent avoir moins de données”, a déclaré Eymold .

Importance du méthane pour la marine et prochaines étapes

L’emplacement des gisements d’hydrate de méthane et du gaz méthane près du fond marin est important pour la marine.

“Comprendre comment le son interagit avec le fond marin est vraiment important pour tout type d’opération navale”, a déclaré Frederick. “Le gaz méthane affecte considérablement l’acoustique. Même si seulement 1% ou 2% de l’espace poreux dans les sédiments du fond marin est rempli d’une bulle de gaz, la vitesse du son diminue au centuple, voire plus. C’est un effet très important, et si vous n’en tenez pas compte correctement, vous n’obtiendrez pas une acoustique précise. “

Frederick a comparé un sous-marin utilisant un sonar au premier jeu d’arcade Breakout, où un joueur déplace une pagaie horizontalement afin de garder une balle rebondissante pour détruire un mur de briques. Dans cette analogie, le fond marin sert de «pagaie» pour réfléchir ou réfracter les ondes sonores, ou de «boule», afin d’avoir une vue complète des obstacles dans l’océan. Si la pagaie commençait à faire rebondir la balle différemment – ou qu’elle s’accrochait à la balle pendant des durées variables – en fonction de l’emplacement de la pagaie, le jeu deviendrait beaucoup plus difficile.

Jusqu’à présent, l’équipe a utilisé son système pour créer des modèles d’une région de la mer de Norvège entre le Groenland et la Norvège et les eaux peu profondes de l’océan Arctique au large du versant nord de l’Alaska, deux zones d’intérêt pour la marine.

Frederick a également travaillé avec une grande équipe d’experts internationaux pour évaluer la quantité de méthane et de dioxyde de carbone stockée dans les fonds océaniques peu profonds de l’Arctique et la sensibilité de ces dépôts à la hausse des températures.

L’équipe a également créé un modèle beaucoup plus grossier du globe entier et a commencé à s’intéresser au milieu de l’Atlantique, où du méthane a été repéré en train de bouillonner du fond marin il y a quelques années.

«Il sera intéressant de voir si notre modèle est capable de prédire ces régions de méthane suintant sur le fond marin», a déclaré Frederick. «Nous aimerions voir si nous pouvons prédire la distribution de ces suintements de méthane et s’ils sont cohérents avec les propriétés thermodynamiques de la stabilité du méthane-hydrate. Lorsque vous voyez un suintement, cela signifie qu’il y a beaucoup de gaz sous le fond marin. . Cela aura un impact significatif sur la façon dont le son se propage sur le fond marin, et donc sur le sonar. De plus, ces dépôts pourraient être une source de gaz naturel pour la production d’énergie, auront un impact sur l’écologie des océans et les cycles des nutriments, et si ce gaz atteint l’atmosphère, il ont des implications sur le changement climatique. “

Cette recherche a été financée par le programme de recherche et développement dirigée en laboratoire de Sandia. Frederick est à la recherche de financement pour poursuivre le projet avec ses collaborateurs au Naval Research Laboratory.

.

A propos Technoguide

Voir aussi

Les magasins numériques PS3 et PS Vita restent ouverts, Jim Ryan admet avoir pris une «mauvaise décision»

Plus tôt ce printemps, la rumeur a ensuite été confirmée par Sony que les magasins …

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Défiler vers le haut