Récifs coralliens : cartographie 3D grâce à l'Intelligence Artificielle

Les étendues de corail qui constituent la toile de fond des plus belles images sous-marines sont de grandes colonies de très petits invertébrés marins au squelette calcaire, appelés Polypes.

Également connus sous le nom d'Anthozoaires, les coraux vivent sur les fonds marins depuis des millénaires et ont une rôle crucial dans la santé de la planète: Bien qu'elles couvrent moins de 0,1 % de la surface des océans, ces énormes et anciennes colonies regroupées sur des récifs calcaires fournissent refuge et habitat aux près d'un tiers des espèces marines connu.

Sérieusement menacé paraugmentation de la température et par «pollution d'origine anthropique, les coraux souffrent d'un phénomène dangereux appelé blanchiment. Ceux du Mer RougeIls semblent cependant plus résistants aux stress liés au climat.

Le Centre Transnational de la Mer Rouge (TRSC) a donc décidé d'en explorer les secrets, en commençant par un examen attentif Cartographie 3D des récifs coralliens. Il a pensé à rendre tout cela possible DeepReefCarte, un système d'Intelligence Artificielle développé par des chercheurs de l'EPFL.

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L'intelligence artificielle entre immédiatement en action pour protéger les coraux

L'importance écologique des coraux c’est tel que l’impact de leur santé s’étend également aux populations humaines de différents pays du monde. Selon une étude menée par la National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis, un demi-milliard de personnes dépendent des récifs coralliens le sécurité alimentaire et les revenus des activités touristiques.

Quand cependant la température de la mer augmentele algues symbiotiques qui nourrissent les coraux (et leur donnent leurs couleurs caractéristiques) sont expulsés, et la colonie de polypes blanchis est vouée à mourir.

En réponse à ce phénomène dramatique, des organisations comme le TRSC mènent des études approfondies pour tenter de percer les secrets de espèces de coraux présentes en mer Rouge, qui semblent particulièrement résistantes aux stress climatiques.

L'initiative, portée par le Laboratoire de géochimie biologique de l'École polytechnique fédérale de Lausanne et le TRSC, a servi de banc d'essai pour DeepReefCarte, un système de Intelligence artificielle développé au Laboratoire des sciences informatiques de l'environnement et d'observation de la Terre (ECEO) de l'EPFL.

La nouvelle IA est capable de produire des centaines de mètres de cartes 3D en quelques minutes à partir d'images capturées avec des caméras normalement disponibles sur le marché, et est capable de classer les différents coraux.

"Avec ce nouveau système, n'importe qui peut participer à la cartographie des récifs coralliens du monde", Il explique Samuel Gardaz, coordinateur des projets TRSC, «cela stimulera réellement la recherche dans ce domaine, en réduisant la charge de travail, la quantité d'équipements et de logistique ainsi que les coûts liés à l'informatique. ».

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Cartographier des centaines de mètres de récifs coralliens en quelques minutes

Comme on le lit dans l’étude qui vient de paraître sur «Méthodes en écologie et évolution »»une section vidéo de 100 mètres acquise en 5 minutes de plongée avec un appareil photo grand public abordable peut être transformé de manière entièrement automatique en un nuage de points sémantique 5 minutes ».

Une véritable révolution pour cartographie des récifs coralliens, ce qui nécessite traditionnellement d'énormes ressources, beaucoup de temps et le travail d'un spécialiste. Ces limitations limitent considérablement, et dans certains cas empêchent complètement, la surveillance des récifs coralliens par des pays qui ne disposent pas des ressources et de l’expertise technique nécessaires.

Grâce au nouveau système Intelligence artificielle développé par des chercheurs de l'EPFL, à l'avenir les données peuvent être collectées par n'importe qui, même par les plongeurs loisirs, à condition qu'ils soient équipés d'une caméra.

Tout ce qu’ils ont à faire est de nager lentement au-dessus d’un récif de corail et de prendre des photos au fur et à mesure qu’ils avancent. Ils serviront parfaitement bons chars et une batterie très résistante, pour cartographier des centaines de mètres de récifs coralliens.

Pour pouvoir photographier des zones plus vastes, des chercheurs suisses ont développé un Structure PVC équipé de six caméras (trois à l'avant et trois à l'arrière) pouvant être pilotées par la même personne. Et ce dispositif existe aussi en version à faible coût, pour inclure également les équipes de plongée fonctionnant avec des budgets limités.

"Une véritable révolution dans le monde de la conservation des écosystèmes", il prétend Guilhem Banc-Prandi, chercheur au Laboratoire de géochimie biologique de l'Université Polytechnique de Lausanne et directeur scientifique du TRSC.

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Un jumeau numérique du récif corallien pour faciliter sa protection

Contrairement aux anciens programmes de cartographie 3D, DeepReefMap n'a aucun problème avec mauvais éclairage et diffraction typique des images sous-marines : le réseaux de neurones profondsen fait, ils peuvent s’adapter à ces conditions. De plus, les programmes existants ne fonctionnent qu'avec des images haute résolution.

"Elles sont également limitées en termes d'échelle : à une résolution permettant d'identifier les coraux individuels, les plus grandes cartes 3D mesurent plusieurs mètres de long, ce qui nécessite uneénormément de temps de traitement", Il explique Devis Tuia, professeur à ECEO. "Avec DeepReefMap, nous ne sommes limités que par la durée pendant laquelle le plongeur peut rester sous l'eau." .

"Notre objectif était de développer un système utile aux scientifiques travaillant dans le domaine et pouvant être déployé rapidement et à grande échelle.", Il explique Jonathan Sauder, qui a travaillé sur le développement de DeepReefMap pour sa thèse de doctorat.

"Notre méthode ne nécessite pas de matériel coûteux», souligne le chercheur, «un ordinateur avec une unité de traitement graphique de base suffit. La segmentation sémantique et la reconstruction 3D ont lieu à même vitesse que la lecture vidéo ».

"Le système est si simple à mettre en œuvre que nous pourrons surveiller les changements des récifs coralliens au fil du temps, afin d’identifier les zones de conservation prioritaires», ajoute Banc-Prandi.

Les nouvelles cartes 3D seront enrichies d'autres données, allant de la génétique des populations au potentiel adaptatif des coraux. Ce procédé, explique le directeur scientifique du TRSC, «pourrait conduire à la création de un véritable jumeau numérique du récif corallien ».

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