Des drones à la recherche de traces dans la jungle

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Les chercheurs testent la sonde avant de l’attacher au drone.
Les chercheurs testent la sonde avant de l’attacher au drone.
Une équipe dirigée par l’ETH Zurich et le WSL accède à la finale de la XPRIZE Rainforest Competition. L’objectif de ce concours international de recherche est de promouvoir le développement de technologies autonomes permettant de collecter des données sur la biodiversité.

La XPRIZE Rainforest Competition est une compétition internationale à l’issue de laquelle un prix de 5 millions de dollars américains attend l’équipe gagnante. L’objectif est d’encourager le développement de technologies autonomes permettant de collecter des données sur la biodiversité. L’utilisation de véhicules de recherche sans pilote (appelés "rovers") et de drones doit permettre de saisir la diversité biologique de la forêt tropicale et de mieux comprendre cet écosystème. Le concours a débuté en 2019 avec près de 300 équipes, dont 14 ont atteint la demi-finale, qui s’est déroulée en juin 2023 dans la forêt tropicale de Singapour. L’équipe ETH BiodivX, dirigée par l’ETH Zurich et le WSL, s’est également rendue sur place avec 29 personnes de 13 pays pour démontrer l’efficacité des technologies développées en commun. Au total, 56 personnes issues de 15 organisations différentes ont apporté leur contribution à l’équipe ETH BiodivX, dont les trois spin-offs de l’ETH Restor, Diaxxio et SimplexDNA.

La tâche en demi-finale

Chaque équipe disposait de 72 heures. 24 pour collecter des données et 48 heures pour les évaluer et rédiger un rapport : La tâche consistait à identifier le plus grand nombre possible d’espèces végétales et animales sur une surface de 100 hectares de jungle dense, sans pénétrer dans la zone.


Pendant 24 heures, le drone de l’équipe ETH BiodivX a volé 41 fois dans la forêt tropicale et a collecté 50 échantillons d’ADNe (abréviation de environmental DNA, en français : ADN environnemental). Il s’agit de traces d’ADN que les êtres vivants laissent dans leur habitat, par exemple par leurs excréments ou la perte de particules de peau et de cheveux. La collecte de l’ADNe permet d’identifier différentes espèces animales et végétales dans une région donnée. L’équipe ETH BiodivX a collecté trois types d’échantillons d’ADNe à l’aide de drones : Échantillons d’eau, d’air et de surface. Pour le prélèvement des échantillons de surface, les chercheurs ont mis au point une sonde permettant d’effectuer des prélèvements sur différentes surfaces. Celle-ci a été fixée à un drone et a pu être descendue profondément dans la forêt tropicale grâce à un treuil. "Grâce à ce mouvement, nous pouvons prélever de l’ADN environnemental à l’intérieur de la canopée, ce qui ne serait pas accessible autrement", décrit Stefano Mintchev, professeur à l’ETH et participant au concours.

Un rover et un drone volant, développés respectivement par des chercheurs de l’université d’Aarhus et de l’université technique de Delft, ont également été utilisés en demi-finale. Les deux véhicules ont produit 130 gigaoctets d’enregistrements vidéo et audio lors de leurs missions dans la forêt tropicale. Des scientifiques citoyens et des algorithmes d’intelligence artificielle de l’organisation à but non lucratif zurichoise GainForest ont suivi ces trajets en livestream et ont ainsi identifié d’autres espèces.

Au total, une énorme quantité de données a été produite en une journée : Plus de 12 millions de séquences d’ADN ont été produites et 257 espèces animales et végétales ont été identifiées par l’équipe dans la zone de forêt tropicale étudiée. Les résultats ont ensuite été consignés dans un rapport de plus de 70 pages.

Des conditions idéales au zoo de Zurich

Les conditions chaudes et humides de la forêt tropicale représentent un grand défi pour l’électronique utilisée. Il fallait également s’entraîner à prélever des échantillons avant que les chercheurs ne partent pour Singapour. Heureusement, le zoo de Zurich a mis à disposition un lieu d’expérimentation idéal avec sa forêt tropicale Masoala. "Outre la mission éducative, la protection de la nature et des espèces, la recherche est l’une des quatre tâches centrales d’un zoo moderne. Cette collaboration avec l’ETH Zurich est un merveilleux exemple de la manière dont la forêt tropicale Masoala peut être utilisée pour tester et optimiser les méthodes de recherche avant de les appliquer sur le terrain", affirme le Dr Leyla Davis, conservatrice de la recherche au zoo de Zurich.

La finale de 2024

Le lundi 24 juillet, les six finalistes du concours XPRIZE Rainforest Competition ont été annoncés lors de la conférence call_made du site externe ICCB 2023. Le travail intensif et de longue haleine sur le projet a porté ses fruits, puisque le groupe ETH BiodivX a réussi à se hisser en finale du concours. "Cette performance représente une étape remarquable pour notre équipe. Nous devons notre succès à l’extraordinaire mélange de personnes issues des disciplines les plus diverses, qui ont apporté leurs idées et leurs compétences variées dans les domaines de la robotique, du séquençage de l’ADN, des sciences sociales et d’autres champs", explique Stefano Mintchev.


Kristy Deiner, professeur à l’EPFZ, ajoute : "Il n’y a pas de meilleur moment pour organiser un concours de ce type afin d’élaborer les solutions nécessaires pour faire face à la crise de la biodiversité. Nous sommes honorés d’être parmi les finalistes. Mais surtout, nous sommes impatients de continuer à développer nos technologies". Les six équipes qui se sont qualifiées pour le dernier tour peuvent maintenant retravailler leurs technologies avant la finale de 2024.
Anna Janka