Utilisation de drones pour surveiller la biodiversité des forêts tropicales

Le concours XPRIZE Rainforest est un concours international qui offre à l'équipe gagnante un prix généreux de cinq millions de dollars américains. Il vise à promouvoir le développement de technologies autonomes pouvant être utilisées pour collecter des données sur la biodiversité. Des véhicules de recherche sans pilote (rovers) et des drones sont utilisés pour surveiller la biodiversité des forêts tropicales afin de mieux comprendre l'écosystème. Le projet XPRIZE Rainforest a débuté en 2019 avec un peu moins de 300 équipes, qui ont été progressivement réduites à 14 lors des demi-finales. Celles-ci se sont déroulées dans la forêt tropicale de Singapour en juin 2023 et incluaient l'ETH BiodivX, une équipe dirigée par l'ETH Zurich comprenant 29 membres de 13 pays différents dont l'objectif est de démontrer l'efficacité de leurs technologies développées conjointement. Au total, 56 personnes issues de 15 organisations ont contribué à l'équipe ETH BiodivX, y compris les trois spin-offs de l'ETH Restor, Diaxxio et SimplexDNA.

Le défi de la demi-finale

Chaque équipe disposait de 72 heures au total pour accomplir sa tâche : 24 heures pour collecter des échantillons et 48 heures pour analyser les résultats et rédiger un rapport. Le défi consistait à identifier le plus grand nombre possible d'espèces de plantes et d'animaux sur une zone de 100 hectares sans mettre les pieds dans la jungle.

En 24 heures, le drone d'ETH BiodivX a scanné la forêt tropicale 41 fois, collectant 50 échantillons d'ADN environnemental (ADNe). Il s'agit de traces d'ADN que les êtres vivants laissent derrière eux dans leur habitat - par le biais d'excrétions ou de la perte de particules de peau et de poils, par exemple. La collecte d'ADNe permet de détecter la présence de différentes espèces dans une zone donnée. À l'aide de drones, l'équipe ETH BiodivX a collecté trois types d'échantillons d'ADN électronique : de l'eau, de l'air et des échantillons de surface. Pour collecter les échantillons de surface, les chercheuses et chercheurs ont mis au point une sonde capable de prélever des écouvillons sur une grande variété de surfaces. Cette sonde a été fixée à un drone et a pu être descendue profondément dans la forêt tropicale à l'aide d'un treuil. «Cette technique nous permet d'échantillonner l'ADN environnemental à l'intérieur de la canopée des arbres, ce qui serait autrement impossible d'accès», explique Stefano Mintchev, professeur à l'ETH Zurich et membre de l'équipe ETH BiodivX.

Un rover et un drone, développés par des scientifiques de l'Université d'Aarhus et de la TU-Delft, ont également été utilisés lors des demi-finales. Au cours de leur déploiement dans la forêt tropicale, ces appareils autonomes ont enregistré un total de 130 gigaoctets de données vidéo et audio. Des citoyens et citoyennes scientifiques et des algorithmes d'intelligence artificielle, codirigés et déployés par l'organisation à but non lucratif GainForest, basée à Zurich, ont surveillé leurs activités via un flux en direct et ont identifié d'autres espèces.

Au total, plus de 12 millions de séquences d'ADN ont été produites et l'équipe a pu détecter un total de 257 espèces végétales et animales. Les résultats ont ensuite été compilés dans un rapport de plus de 70 pages.

Le zoo de Zurich : l'environnement idéal pour la pratique

Les conditions chaudes et humides de la forêt tropicale représentent un défi important pour l'électronique utilisée. De plus, les techniques d'échantillonnage devaient être mises en pratique avant que les chercheurs et chercheuses ne partent pour Singapour. Heureusement, la forêt tropicale Masoala du zoo de Zurich offrait les conditions idéales pour s'exercer. «Outre notre mission d'éducation, de conservation de la nature et de protection des espèces menacées, l'une des quatre tâches principales d'un zoo moderne est la recherche. Notre collaboration avec l'ETH Zurich est un excellent exemple de la façon dont la forêt tropicale Masoala peut être utilisée pour tester et optimiser les méthodes de recherche avant leur déploiement sur le terrain», explique la Leyla Davis, conservatrice de la recherche au zoo de Zurich.

La finale de 2024

Le lundi 24 juillet, les équipes six finalistes de la compétition XPRIZE Rainforest ont été annoncées lors de la conférence ICCB 2023. Le travail intensif et de longue haleine sur le projet a porté ses fruits puisqu'ETH BiodivX a atteint la phase finale du concours. «Cette réussite représente une étape remarquable pour notre équipe. Nous devons notre succès au mélange exceptionnel de personnes issues d'une grande variété de disciplines qui ont apporté leurs idées et leurs compétences diverses dans les domaines de la robotique, du séquençage de l'ADN, des sciences sociales et d'autres domaines», déclare Stefano Mintchev.

Kristy Deiner, professeure à l'ETH Zurich, ajoute : «Il ne pouvait y avoir de meilleur moment pour un tel concours afin d'apporter les solutions nécessaires pour aider à résoudre la crise de la biodiversité. Nous sommes honorées de figurer parmi les équipes finalistes. Plus important encore, nous sommes impatients et impatientes de faire progresser nos technologies». Les équipes qui ont atteint le dernier tour peuvent maintenant réviser leurs technologies avant de participer à la finale en 2024.