Un drone spécial recueille l'ADN environnemental des arbres

Les écologistes utilisent de plus en plus les traces de matériel génétique laissées par les organismes vivants dans l'environnement, appelées ADN environnemental (ADNe), pour cataloguer et surveiller la biodiversité. Sur la base de ces traces d'ADN, les chercheuses et chercheurs peuvent déterminer quelles espèces sont présentes dans une zone donnée.

Il est facile d'obtenir des échantillons d'eau ou de sol, mais d'autres habitats - comme la canopée des forêts - sont difficiles d'accès. Par conséquent, de nombreuses espèces restent introuvables dans des zones peu explorées.

Une équipe de recherche de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL), ainsi que la société SPYGEN, se sont associés pour développer un drone spécial capable de collecter de manière autonome des échantillons sur les branches des arbres.

Comment le drone collecte le matériel

Le drone est équipé de bandes adhésives. Lorsque l'appareil atterrit sur une branche, le matériel de la branche se colle à ces bandes. Les chercheurs et chercheuses peuvent ensuite extraire l'ADN en laboratoire, l'analyser et l'attribuer aux correspondances génétiques des différents organismes grâce à des comparaisons dans des bases de données.

Mais toutes les branches ne sont pas identiques : elles varient en termes d'épaisseur et d'élasticité. Les branches se plient et rebondissent également lorsqu'un drone se pose dessus. Programmer l'appareil de manière à ce qu'il puisse s'approcher d'une branche de manière autonome et y rester stable suffisamment longtemps pour prélever des échantillons a constitué un défi majeur pour les roboticiennes et roboticiens.

«L'atterrissage sur les branches nécessite un contrôle complexe», explique Stefano Mintchev, professeur de robotique environnementale à l'ETH Zurich et au WSL. Initialement, le drone ne sait pas à quel point une branche est flexible, les chercheurs et chercheuses l'ont donc équipé d'une cage de détection de force. Cela permet au drone de mesurer ce facteur sur place et de l'intégrer dans sa manœuvre de vol.

Préparation des opérations dans la forêt tropicale au Zoo de Zurich

Les chercheurs et chercheuses ont testé leur nouveau dispositif sur sept espèces d'arbres. Dans les échantillons, elles et ils ont trouvé l'ADN de 21 groupes distincts d'organismes, ou taxons, dont des oiseaux, des mammifères et des insectes. «C'est encourageant, car cela montre que la technique de collecte fonctionne», déclare Stefano Mintchev, qui a cosigné l'étude qui vient de paraître dans la revue Science Robotics.

Les chercheuses et chercheurs veulent maintenant améliorer encore leur drone pour le préparer à un concours dont l'objectif est de détecter le plus grand nombre possible d'espèces différentes sur 100 hectares de forêt tropicale à Singapour en 24 heures.

Pour tester l'efficacité du drone dans des conditions similaires à celles qu'il rencontrera lors de la compétition, Stefano Mintchev et son équipe travaillent actuellement dans la forêt tropicale Masoala du Zoo de Zurich. «Ici, nous avons l'avantage de savoir quelles espèces sont présentes, ce qui nous aidera à mieux évaluer dans quelle mesure nous parvenons à capturer toutes les traces d'ADN électronique avec cette technique ou si nous manquons quelque chose», explique le professeur.

Pour cet événement, cependant, le dispositif de collecte doit devenir plus efficace et se mobiliser plus rapidement. Lors des tests effectués en Suisse, le drone a collecté du matériel sur sept arbres en trois jours ; à Singapour, il doit être capable de voler vers dix fois plus d'arbres et d'en collecter des échantillons en une seule journée.

La collecte d'échantillons dans une forêt tropicale naturelle présente toutefois des difficultés encore plus grandes pour les chercheurs et chercheuses. La pluie fréquente lave l'ADN électronique des surfaces, tandis que le vent et les nuages entravent le fonctionnement du drone. «Nous sommes donc très curieux de voir si notre méthode d'échantillonnage fera également ses preuves dans des conditions extrêmes sous les tropiques», déclare Stefano Mintchev.