18.01.2023 | Communication ETH | News WSL
Des scientifiques de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral de recherche WSL ont mis au point un drone capable de se poser sur des arbres et d'y prélever des échantillons. Cette approche offre une nouvelle dimension, réservée jusqu'à présent aux grimpeurs téméraires.
Pour la surveillance et l'inventaire de la biodiversité, les écologues utilisent de plus en plus souvent les traces du matériel génomique que les êtres vivants laissent dans l'environnement, ce que l'on appelle l'ADN environnemental ou ADNe. Grâce à ces traces, les écologues peuvent identifier les espèces présentes à un endroit donné.
Alors qu'il est aisé de prélever des échantillons d'eau ou de sol, d'autres habitats, par exemple la canopée forestière, sont difficilement accessibles aux scientifiques. Dans les zones peu étudiées, de nombreuses espèces restent donc méconnues.
Des scientifiques de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage WSL ainsi que de l'entreprise Spygen ont mis au point un drone capable de collecter de manière autonome des échantillons sur les branches des arbres.
Le drone collecte du matériel
Le drone est équipé de bandes adhésives auxquelles des fragments de matériel vivant restent collés lorsque l'engin se pose sur une branche. Les scientifiques peuvent alors en extraire l'ADN en laboratoire, l'analyser, et en déduire les organismes présents par comparaison avec des bases de données.
Mais toutes les branches ne se ressemblent pas. Leur épaisseur et leur élasticité varient, et certaines rebondissent lorsque le drone s'y pose. Le défi consistait à programmer le drone de manière à ce qu'il puisse malgré tout se poser de manière autonome sur une branche et y rester immobile assez longtemps pour y collecter des échantillons.
«L'atterrissage sur les branches nécessite un contrôle complexe», explique Stefano Mintchev, professeur de robotique environnementale à l'ETH Zurich. Dans un premier temps, le drone ne peut pas déterminer la souplesse d'une branche. Il est donc équipé d'une structure pour mesurer les forces en jeu et les intégrer dans la manœuvre de vol.
Courte vidéo sur le drone (en anglais)
Préparer dans un zoo l'intervention en forêt tropicale
Les scientifiques ont testé leur nouvel instrument sur sept espèces d'arbres. Dans les échantillons, ils ont trouvé l'ADN de 21 taxons, c'est-à-dire des groupes d'organismes, dont des oiseaux, des mammifères et des insectes. « Ces résultats sont encourageants car ils prouvent que la technique d'échantillonnage fonctionne», explique Stefano Mintchev, co-auteur de l'étude qui vient d'être publiée dans la revue Science Robotics.
Les scientifiques veulent à présent améliorer leur drone et le préparer à une compétition qui consistera à recenser le plus grand nombre possible d'espèces différentes en 24 heures dans une zone de 100 hectares de forêt tropicale à Singapour.
Pour vérifier l'efficacité de leur drone dans des conditions similaires à celles de la compétition, Mintchev et ses collaborateurs travaillent actuellement dans la halle tropicale «Masoala» du Zoo de Zurich. «L'avantage de ce site est que nous savons quelles espèces sont présentes. Cela nous permet de mieux évaluer si nous recueillons bien toutes les traces d'ADNe», explique le chercheur.
Pour cela, le drone devra toutefois devenir encore plus efficace et plus rapide. Lors des tests effectués pour cette étude, il a collecté du matériel provenant de sept arbres en trois jours; à Singapour, il devra être capable d'échantillonner dix fois plus d'arbres en à peine 24 heures.
Dans une forêt tropicale naturelle, la collecte pose toutefois des défis plus importants pour les chercheurs. Les pluies fréquentes lessivent l'ADNe des surfaces, et le vent et les nuages entravent l'utilisation du drone. «Nous sommes donc très curieux de savoir si notre méthode fera ses preuves sous les tropiques, même dans des conditions extrêmes.»
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Publications
Aucone, E.; Kirchgeorg, S.; Valentini, A.; Pellissier, L.; Deiner, K.; Mintchev, S., 2023: Drone-assisted collection of environmental DNA from tree branches for biodiversity monitoring. Science Robotics, doi: 10.1126/scirobotics.add5762
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