L'équipe de l'ETH Zurich remporte un quart de million de dollars en prix pour la biodiversité
En bref
- L'équipe BiodivX de l'ETH Zurich a reçu un quart de million de dollars dans le cadre du concours XPRIZE Rainforest afin de développer de nouvelles technologies pour améliorer la surveillance des forêts tropicales humides.
- Une nouvelle technologie de drone, un laboratoire de sacs à dos et l'IA leur ont permis de franchir la ligne d'arrivée de ce concours qui s'est déroulé sur cinq ans.
- Le prix récompense également la manière dont l'équipe a donné aux populations autochtones et aux communautés locales les moyens de gérer les forêts tropicales humides.
Au cœur de la forêt tropicale, le bourdonnement des insectes, les cris des oiseaux tropicaux et le bruissement des feuilles créent un orchestre naturel. Ici, chaque feuille, chaque goutte d'eau, chaque espèce fait partie d'un équilibre délicat de la biodiversité qui soutient le monde d'une manière que nous commençons à peine à comprendre.
La conservation des forêts tropicales humides nécessite une meilleure compréhension de ces écosystèmes complexes. L'équipe BiodivX de l'ETH Zurich a relevé ce défi en rejoignant les 300 premiers concurrents de XPRIZE Rainforest, un concours mondial d'une durée de cinq ans visant à développer de nouvelles technologies qui accélèrent la surveillance en temps réel de la diversité tropicale. Annoncé avant le sommet du G20 à Rio de Janeiro, XPRIZE a décerné à l'équipe BiodivX le prix Bonus d'une valeur d'un quart de million d'USD, dont les recettes seront consacrées, au moins en partie, au développement de technologies permettant de surveiller la biodiversité et de soutenir les communautés locales.
Drones de détection de la biodiversité et radeaux de canopée
Stefano Mintchev et Kristy Deiner, professeur et professeures à l'ETH Zurich depuis peu, ont lancé l'équipe BiodivX dès les premiers stades de la pandémie. Combinant leur expertise respective en robotique et en ADN environnemental (ADNe), ils et elles ont conceptualisé une méthode pour automatiser l'ensemble de la chaîne de surveillance de la biodiversité en minimisant l'intervention humaine dans les écosystèmes protégés. Au cours des trois dernières années, l'équipe a collaboré avec le zoo de Zurich pour effectuer des tests hebdomadaires sur le terrain dans le biome humide de la forêt pluviale de Masoala afin d'optimiser sa sonde de télédétection et d'échantillonnage par drone.
Faisant partie des six équipes qualifiées pour la finale, BiodivX a simplifié et mis à l'échelle un ensemble de technologies robustes et fiables comprenant : la télédétection par satellite et par drone, des sondes qui descendent d'un drone pour collecter des échantillons d'ADN électronique de surface et d'eau, des radeaux de canopée déployés par drone et équipés de pièges lumineux et collants, une caméra pour collecter des images d'insectes et de la canopée environnante et, enfin, des capteurs audio pour enregistrer des données bioacoustiques.
Concours XPRIZE Rainforest
XPRIZE est un leader mondial dans la conception et l'exécution de concours à grande échelle visant à résoudre les plus grands défis de l'humanité. Le concours est une source d'innovation et de solutions scientifiquement évolutives qui accélèrent un avenir plus équitable et plus abondant. XPRIZE Rainforest est un concours mondial d'une durée de 5 ans et d'une valeur de 10 millions de dollars qui réunit des innovatrices et innovateurs et des experts etr expertes de différentes disciplines - des défenseuses et défenseurs de l'environnement et des scientifiques autochtones aux ingénieurs et ingénieures et aux roboticiennes et roboticiens - et les met au défi d'utiliser de nouvelles technologies pour accélérer la surveillance de la biodiversité tropicale.
Stefano Mintchev revient sur la phase finale du concours qui s'est déroulée en juillet 2024 près de Manaus, au Brésil : «Nous avons eu l'occasion de nous réunir et de participer à la phase finale. Avec seulement 24 heures pour étudier et collecter l'ADN électronique dans une parcelle de 100 hectares en Amazonie, je pense que nous avons vraiment bien travaillé ensemble.»
Pendant cette période, l'équipe a fait voler quatre drones pour un total de 54 vols afin de déployer et de récupérer les radeaux de la canopée, de prélever de l'ADN électronique sur les branches, le feuillage et l'eau, et d'effectuer des survols de télédétection. Ne disposant que de 48 heures pour analyser et identifier l'ADN électronique recueilli, l'équipe a travaillé fébrilement pour en déduire le plus possible sur la biodiversité de l'écosystème.
Un laboratoire dans un sac à dos pour le séquençage rapide de l'ADN
«Les défis sociétaux complexes requièrent une équipe transdisciplinaire», déclare Kristy Deiner. L'analyse de l'ADN peut prendre des jours, voire des mois, avant d'aboutir à un résultat, mais l'un des objectifs du concours XPRIZE Rainforest était de fournir des informations en temps quasi réel sur la biodiversité. Pour réaliser cet exploit, Kristy Deiner a travaillé avec Loïc Pellissier, professeur à l'ETH Zurich, afin de concevoir un laboratoire portable, prêt à être utilisé sur le terrain, ainsi qu'un protocole d'analyse qui a permis de réduire considérablement le temps nécessaire à l'analyse de l'échantillon, qui est passé de 100 heures à seulement 17 heures. L'équipe a également créé un système d'échantillonnage à code-barres et a tiré parti de la technologie de test PCR rapide, dont le développement s'est accéléré pendant la pandémie.
Les résultats de BiodivX ont révélé une abondance de vie dans la forêt amazonienne. L'équipe a collecté de l'ADN électronique en prélevant des échantillons de végétation plus de 740 fois et en filtrant 42 litres d'eau au cours de la période de collecte de 24 heures. À partir de ces échantillons, plus de 240 espèces ont été identifié et beaucoup d'autres n'ont pas pu être associées à un nom scientifique en utilisant plusieurs méthodes de détection. Parmi les résultats obtenus par l'équipe, on trouve les premières images de drone connues d'un oiseau rare, le cotinga de Pompadour (Xipholena punicea) mâle. Kristy Deiner note : «Bien que les échantillons aient produit des millions de séquences d'ADN, l'équipe n'a pu identifier qu'un petit pourcentage de ces séquences, d'autres restent sans correspondance et certaines sont probablement inconnues de la science.»
Alors que la technologie robotique a automatisé le processus de collecte, l'IA et l'apprentissage automatique mis en œuvre par David Dao, chercheur principal à l'ETH Zurich, ont accéléré l'analyse des images collectées à partir des données satellitaires et des milliers de sons détectés. Il a également soutenu l'équipe en agrégeant des tableaux de bord interactifs pour rendre les données sur la biodiversité accessibles.
Il faut un village mondial pour réaliser un rêve
David Dao, cofondateur de l'organisation à but non lucratif GainForest, a d'abord participé au concours XPRIZE. Avant la demi-finale de Singapour en 2023, il a fusionné son équipe avec celles de Kristy Deiner et Stefano Mintchev pour former et codiriger l'équipe BiodivX. Il a facilité le travail de l'équipe avec les peuples autochtones et les communautés locales de la région amazonienne. Il a encouragé Marina Mura, une autochtone de São Sebastião do Uatumã, à consigner ses expériences de travail avec l'équipe. Marina Mura écrit : «Ce que nous avons appris le plus au cours de notre ascendance, c'est d'entendre et de sentir la forêt. Imaginez que vous puissiez mettre cela sur un ordinateur et identifier chaque son émis par la nature, pour moi, c'était un rêve qui devenait réalité».
David Dao a utilisé des chatbots d'IA pour numériser les connaissances et la sagesse autochtones sur la forêt et les propriétés des plantes médicinales. Il a également jeté les bases d'une incitation à la conservation en mettant en place une plateforme de paiement de l'éco-économie basée sur le web3. Les communautés autochtones et locales d'Amazonie sont devenues des membres exécutifs de l'équipe BiodivX de l'ETH Zurich, qui comprend 51 chercheuses et chercheurs talentueux et multidisciplinaires travaillant dans les domaines de la connaissance scientifique, économique, journalistique et artistique. Au sein de l'équipe, 14 pays et institutions étaient représentés. L'équipe comprenait également les professeurs et professeure Stefano Mintchev, Kristy Deiner, Loïc Pellissier et Tom Crowther de l'ETH Zurich, trois spin-offs de l'ETH Zurich - Restor, Diaxxo et SimplexDNA - ainsi que de nombreuses et nombreux supporters et sponsors.
