Il y a cinquante ans, une équipe de scientifiques a sillonné l'Antarctique en avion, la collecte d'images radar des calottes glaciaires. Maintenant, un effort multicontinental pour numériser et analyser ces anciennes données - avec l'aide d'Hollywood - fournit des informations inestimables sur la forme et l'écoulement des calottes glaciaires du continent sud et leurs contributions à l'élévation du niveau de la mer à mesure que le monde se réchauffe.

Le projet, une collaboration entre l'Université de Stanford et le Scott Polar Research Institute (SPRI) de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni, a été dirigé par le géophysicien de Stanford Dustin "Dusty" Schroeder, qui croyait tellement à la valeur des données stockées sur les films qu'il a risqué une bonne partie de son budget de recherche sur un scanner de film numérique à la pointe de la technologie.

"C'était un pari sérieux, mais il est si rare que vous ayez l'opportunité de récupérer des informations à partir d'observations précoces qui ont constitué les fondements de votre domaine et de les rendre accessibles à la communauté scientifique moderne que nous avons dû essayer, " dit Schroeder, qui est professeur adjoint de géophysique à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement.

Le près de 1, 000 rouleaux de films 35 mm et 8 mm avaient été rassemblés à la fin des années 1960 et 1970 dans le cadre d'une étude antarctique menée par un consortium international d'Américains, géoscientifiques britanniques et danois.

Les vols, réalisé à l'aide d'un avion militaire américain à long rayon d'action C-130 converti, visaient à explorer l'Antarctique, qui était à bien des égards terra incognita à l'époque. "C'était le dernier continent inexploré, et ces scientifiques essayaient de répondre à des questions fondamentales, comme ce qu'il y avait sous toute cette glace, " dit Schroeder.

Ces mesures radar historiques sont toujours pertinentes aujourd'hui, Schroeder dit, et pourrait aider à améliorer les prévisions scientifiques sur la façon dont le changement climatique affecte la glace sur le continent gelé, l'une des plus grandes incertitudes dans les prévisions d'élévation du niveau de la mer.

"Le GIEC [Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat] travaille dur pour faire des prévisions de changement climatique s'étendant sur 20, 30, 50 ans dans le futur, " dit Schroeder. " Avec ces vieux disques, nous savons à quoi ressemblait l'Antarctique il y a 40 ans, ainsi nous pouvons voir à quel point nos modèles peuvent simuler avec précision les changements passés qui se sont produits. S'ils le font, cela nous donne plus de confiance dans leurs projections pour l'avenir."

Donner une nouvelle vie à un vieux film

Réalisé sur une dizaine d'années, les levés aéroportés impliquaient de sillonner l'Antarctique à plusieurs reprises, couvrant un total d'environ un quart de million de milles linéaires, et en utilisant un radar à pénétration de glace pour scruter sous la surface jusqu'à une profondeur d'environ 3 milles.

Parce que les disques durs numériques n'existaient pas à l'époque, les scientifiques ont enregistré les données radar sur un film analogique, qui devait ensuite être développé et minutieusement analysé à la main. "Ils éclairaient le film pour voir les gribouillis et les images enregistrées sur l'enregistrement analogique du film lui-même, ou ils devraient faire des copies du film pour les étudier, " dit Schroeder.

Dans les années intermédiaires, des scanners de films numériques ont été développés pour extraire de nouveaux détails d'un vieux film. « Nous sommes maintenant en mesure de voir dans les images numérisées des caractéristiques beaucoup plus faibles que celles discernables à l'œil humain, " dit Schroeder.

Schroeder n'est pas le premier à avoir eu l'idée de faire passer de vieux films scientifiques à travers des scanners modernes afin d'extraire toutes les données utiles. Un projet du Lawrence Livermore National Laboratory consiste à restaurer et numériser d'anciens films d'essais de bombes atomiques afin d'améliorer les modèles informatiques modernes de détonations nucléaires.

Lasergraphie, une société de scanner de film basée à Irvine, Californie, fourni les scanners utilisés dans les projets Livermore et Antarctique. Le modèle particulier utilisé par Schroeder coûte environ 100 $, 000 et peut numériser des films jusqu'à 30 images par seconde à une résolution de 5K.

Avant que les films vintage puissent être analysés, Les chercheurs de Stanford et de SPRI ont dû cataloguer, les conserver et les préparer dans un format compatible avec le scanner numérique.

L'environ 1, 000 rouleaux de film antarctique ont été stockés dans un musée au Royaume-Uni, et Schroeder avait la permission du directeur de SPRI Julian Dowdeswell pour y accéder. "Je connaissais Dusty quand nous faisions partie d'un programme collaboratif de radar aéroporté il y a quelques années, donc j'étais heureux de travailler avec lui, compte tenu de son expertise pointue dans l'analyse et l'interprétation des données radar, " dit Dowdeswell.

La fragilité des films, cependant, et le fait qu'ils étaient aussi d'importants artefacts historiques de l'exploration polaire, signifiait qu'ils ne pouvaient pas quitter le musée. Afin de numériser le film, Schroeder et son scanner – qui nécessitaient deux personnes à transporter – ont dû se rendre à Cambridge.

Avec l'aide de deux historiens de l'art qu'il a engagés pour le projet, Schroeder a passé deux semaines à l'Université de Cambridge à cataloguer méticuleusement puis à coller des centaines de rouleaux de film en environ 75 bobines que le scanner numérique pouvait lire. "Nous étions au musée 14 à 16 heures par jour. Nous étions hébergés à l'Université de Cambridge et mangions dans la salle à manger de la faculté, " dit Schroeder. " C'était une expérience très semblable à celle d'Harry Potter. "

En tout, les mesures radar de l'Antarctique stockées sur le film occupaient 80 téraoctets de données, que Schroeder a ramené à Stanford sur 12 disques durs pour analyse.

Merci à l'Académie

Il y avait un dernier obstacle à surmonter avant que Schroeder sente que la numérisation était terminée :en plus des centaines de rouleaux de film développés, il y avait environ 70 cartouches de film 8 mm non développé.

"Le film 8 mm contenait des informations radiométriques qui étaient absentes du film 35 mm, " dit Schroeder. " L'utilisation de ces informations était l'une des choses qui m'ont le plus enthousiasmé par le projet. "

Mais malgré tous ses efforts, Schroeder n'a pas pu trouver une place au Royaume-Uni qui a encore développé l'ancien format de film. Avec la fin de son séjour à Cambridge, Schroeder a failli abandonner, mais alors il a eu une idée.

"Je suis allé sur Oscars.com, parce que je pensais qu'ils connaissaient le cinéma, " dit-il. " Cela m'a conduit à l'Académie des arts et des sciences du cinéma, et remarquablement, ils ont pu me mettre en contact avec des développeurs de films en Californie. Donc, Je tiens à remercier l'Académie pour cela."

Schroeder a été autorisé à transporter le film 8 mm non exposé en Californie pour le développement, mais à une condition :il devait le porter à la main et ne jamais le perdre de vue. Cette stipulation a conduit à un échange tendu à l'aéroport d'Heathrow lorsque Schroeder a refusé de laisser la sécurité radiographier le film. "J'étais là à tenir le film, et en leur disant « C'est un record climatique inestimable ! Êtes-vous à l'aise de le détruire ?", Dit Schroeder. « Finalement, nous nous sommes entendus et j'ai réussi à attraper l'avion. »

Le film a finalement été expédié à Pro8mm, une entreprise de traitement de films située à seulement trois kilomètres du studio Warner Bros. à Burbank, Californie. Bien que la société ait mis en garde Schroeder de ne pas espérer avec un si vieux film, ils ont pu tout numériser en une journée.

Pour donner un sens aux données radar nouvellement numérisées, Schroeder a collaboré avec des informaticiens de Stanford qui ont appliqué des techniques de vision par ordinateur et d'apprentissage automatique pour lire et enregistrer automatiquement les numéros clés sur les images numérisées du film.

Les chiffres représentaient des informations sur la configuration des antennes radar et les horodatages des vols qui, lorsqu'il est associé aux journaux manuscrits des scientifiques, ont fourni des informations précieuses sur la latitude et la longitude. "Pour faire quelque chose d'utile avec les données, nous avons dû extraire tous les chiffres imprimés sur le film, " dit John Emmons, un doctorant en informatique à Stanford qui a travaillé sur le projet.

Emmons a développé un programme pour lire ou deviner quel nombre représente un chiffre, même lorsque le chiffre était sur un film qui avait été retourné à l'envers, ou inversé, ou partiellement masquée par du ruban adhésif.

Keith Winstein, professeur assistant d'informatique à Stanford et conseiller d'Emmons, dit qu'il était ravi de travailler sur un projet aussi inhabituel. « L'opportunité d'utiliser les techniques d'analyse des mégadonnées et de vision par ordinateur pour apporter une contribution à la glaciologie - c'est une chose rare et passionnante pour nous, " dit Winstein.

Schroeder dit que les résultats des analyses préliminaires de son équipe des données traitées semblent prometteurs. "Nos images montrent des couches de glace qui n'étaient pas visibles dans les anciennes publications car la résolution du film numérisé est tellement plus élevée, " dit Schroeder.

Ce n'est pas seulement que les scientifiques peuvent maintenant voir plus dans les vieux films, ils les regardent aussi avec une perspective nouvelle, qui bénéficie d'un demi-siècle de recul scientifique. "Ces données ont été collectées à une époque où l'on ne savait pas grand-chose de la calotte glaciaire de l'Antarctique, " dit Schroeder. " Depuis lors, les scientifiques ont trouvé des canaux sous les banquises et nous en savons plus sur le fonctionnement des lignes de mise à la terre. Nous comprenons que l'Antarctique est un endroit beaucoup plus dynamique que nous ne le pensions à l'époque. Quand on regarde ce film maintenant, nous pouvons voir des preuves de beaucoup de ces choses dans les anciens dossiers parce que nous savons quoi chercher."

Le groupe de Schroeder prévoit de publier les résultats de leur projet l'année prochaine et ils travaillent avec les bibliothèques de Stanford pour rendre les données accessibles au public via une exposition virtuelle en ligne.

De plus en plus, Schroeder dit que son pari sur le scanner de film haut de gamme ressemble à un pari intelligent. "Nous avons depuis entendu parler d'autres relevés aéroportés similaires de pénétration de la glace de l'Antarctique et du Groenland qui ont également été enregistrés sur film et nous travaillons également à les numériser, " dit-il. " Le scanner a été un investissement beaucoup plus intéressant et de longue durée que je ne le pensais. "