Drones collectant de l’ADN depuis les cimes des arbres : une nouvelle approche pour les efforts de conservation

Pour avoir un écosystème sain, nous avons besoin de biodiversité, car elle soutient toute la vie sur Terre, y compris les humains. Sans une variété de micro-organismes, de plantes et d’animaux, nous ne pouvons tout simplement pas disposer d’un environnement équilibré.

La biodiversité fournit des services écosystémiques tels que l’air pur, l’eau douce et la gestion des inondations, qui sont essentiels au bien‑être humain. Elle soutient également la sécurité alimentaire, aide à la séquestration du carbone, détoxifie et décompose les déchets, renforce la résilience des organismes et contribue à la régulation des maladies. Les gènes des plantes et des animaux sont même utilisés pour développer des médicaments et des produits pharmaceutiques.

Il est donc évident que nous avons besoin d’une meilleure compréhension de la biodiversité. Un outil puissant pour étudier la biodiversité dans les forêts et les canopées d’arbres est l’analyse de l’ADN environnemental (eDNA). Cependant, la collecte d’échantillons d’eDNA n’est pas facile dans des environnements aussi élevés et complexes.

Traditionnellement, des approches laborieuses comme le roulement d’arbres ou le prélèvement de surface ont été utilisées pour accomplir cette tâche. S’appuyer sur l’imagerie satellite ou utiliser des grues pour étudier des régions nécessitait non seulement des efforts considérables pour atteindre une couverture suffisante, mais manquait également de précision.

Mais plus maintenant. Les drones sont prêts à transformer la situation en offrant des capacités d’imagerie rapprochée, haute résolution et de collecte de données.

Une nouvelle étude a proposé d’utiliser des véhicules aériens sans pilote (UAV) pour explorer la biodiversité dans les cimes des arbres, en particulier dans les zones reculées et inaccessibles. Cela signifie que les drones accompliront la tâche en toute sécurité sans nécessiter la présence de personnes dans des zones difficiles d’accès comme les forêts tropicales, afin de collecter du matériel génétique depuis les cimes tout en nous aidant à approfondir notre compréhension de la biodiversité.

Collecte d’eDNA à l’aide de drones

L’eDNA se trouve dans des substances biologiques telles que le mucus, les fèces et les cellules mortes de la peau et est utilisé depuis plusieurs décennies pour examiner la biodiversité. Utilisées pour cataloguer et surveiller la biodiversité, les traces d’ADN aident les chercheurs à déterminer quelles espèces sont présentes dans une zone donnée.

Début de l’année dernière, des scientifiques de l’institut de recherche ETH Zurich ont utilisé cette technique pour découvrir quelles espèces utilisent la canopée forestière pour construire leurs habitats.

Pour construire ce drone spécial capable de recueillir des échantillons sur les branches d’arbres de façon autonome, des chercheurs de l’ETH Zurich, ainsi que ceux de l’Institut fédéral de recherche suisse WSL, se sont associés à l’entreprise SPYGEN.

L’appareil était équipé de bandes adhésives sur sa partie inférieure. Le UAV a été doucement posé sur les branches et, une fois que le matériau générique a été transféré des branches aux adhésifs, il a été analysé.

Mais les branches varient en épaisseur et en élasticité. Faire en sorte que l’appareil s’approche d’une branche et reste stable pour prélever des échantillons avec succès s’est avéré être un grand défi pour les chercheurs.

“Atterrir sur des branches nécessite un contrôle complexe.”

– Stefano Mintchev, Professeur de robotique environnementale à l’ETH Zurich et WSL à l’époque

Ainsi, l’équipe a équipé le drone d’une cage sensible à la force, ce qui a permis à l’appareil de mesurer la flexibilité de la branche et d’utiliser cette information pour se déplacer. Le dispositif a ensuite été testé sur sept espèces d’arbres, et les échantillons ont révélé la présence d’ADN provenant de 21 groupes distincts d’organismes, y compris des oiseaux, des insectes et des mammifères.

Bien que ce soit une alternative plus facile, plus rapide et plus sûre que d’envoyer des biologistes en haut des cimes, même cette méthode n’est pas totalement sans risque.

Lors de l’utilisation du drone, il existe un risque non seulement d’endommager l’arbre mais aussi le drone lui‑-même en cas de collision violente non intentionnelle. De plus, il y a la limitation de ne recueillir des échantillons que sur les branches où le drone atterrit. Ainsi, bien que les résultats soient « encourageants », le drone doit encore s’améliorer.

Un système amélioré pour étudier la biodiversité

Les scientifiques de l’ETH Zurich ont maintenant créé un système robotique novateur et sur mesure. Cette nouvelle approche pour les UAV afin de collecter l’eDNA au sein des canopées d’arbres utilise une technique de prélèvement de surface.

Dirigée par Steffen Kirchgeorg, doctorant en robotique à l’ETH Zurich, l’étude a développé un système d’échantillonnage avec une sonde en tissu plat. Le morceau de tissu polaire est découpé en cercle, à l’image d’un filtre à café, et fixé avec des bandes de fibre de verre pour lui donner une structure.

La sonde est descendue à l’aide d’un câble depuis un dispositif de levage monté sous le quadricoptère. Ainsi, le drone reste à l’écart de la végétation.

Le drone était également équipé d’un capteur qui empêche le câble de la sonde de s’emmêler aux branches. Les chercheurs ont programmé le système pour changer de position automatiquement lorsqu’un impact est détecté.

Le principe de fonctionnement est que le UAV plane en toute sécurité au-dessus des cimes. La sonde est ensuite abaissée à travers le feuillage où elle frotte les feuilles et les branches. Une fois l’eDNA collecté, la sonde peut être retirée afin que son contenu soit ensuite analysé.

L’expérience a été réalisée dans une forêt tropicale d’Asie du Sud‑Est, où le drone était contrôlé à distance par Kirchgeorg et ses collègues via un flux en direct provenant de sa caméra embarquée. Le drone a été piloté hors de la ligne de vue pour recueillir dix échantillons de la canopée forestière.

L’efficacité de la nouvelle approche a été démontrée lors des demi-finales du XPRIZE Rainforest, où l’équipe a révélé avoir trouvé l’eDNA de 152 espèces différentes dans ces échantillons, la plupart appartenant à des araignées et des insectes.

L’équipe a même détecté l’eDNA du macaque à longue queue ainsi que des espèces de termites, plusieurs fourmis et la mouche galligène, qui est un type de mouche.

“Si nous voulons que les gens protègent la nature, nous devons leur dire ce que nous protégeons réellement — avec notre solution, nous espérons mieux comprendre la vie dans la canopée.”

– Auteur principal Kirchgeorg

Cette alternative à l’étude de la biodiversité dans des habitats reculés, selon l’équipe, est cruciale pour les initiatives de conservation et de restauration. Dans l’étape suivante, l’équipe se concentrera sur l’investigation de l’impact de la profondeur de pénétration, des interactions de la sonde avec la végétation et de la durée d’échantillonnage sur la concentration d’ADN des échantillons.

La révolution des drones

Les drones, également appelés véhicules aériens sans pilote (UAV) du fait qu’ils fonctionnent sans pilote humain à bord, ont connu une croissance considérable au cours de la dernière décennie et deviennent rapidement une partie intégrante de nombreuses industries.

Porté par cette demande, le marché de la technologie des drones devrait passer de 33,9 milliards de dollars en 2023 à 61,2 milliards de dollars en 2029.

Ces robots volants existent en différentes tailles et sont contrôlés à distance ou via des algorithmes préprogrammés grâce à l’utilisation de caméras, de capteurs, de systèmes GPS et de liaisons de communication.

Ils offrent des solutions rentables aux entreprises grâce à leurs capacités variées, incluant la capture d’images et de vidéos en temps réel, la surveillance, la cartographie et les services de livraison. L’utilisation des technologies les plus récentes comme l’IA a encore renforcé les nombreuses fonctionnalités des drones, permettant une prise de décision éclairée et rapide, des analyses de données avancées et des opérations autonomes.

Toutes ces capacités des drones les rendent particulièrement utiles pour aider les chercheurs à observer les comportements des espèces, les schémas de migration et les changements d’écosystèmes sans perturber la faune.

Par ailleurs, le fait que ces robots volants puissent naviguer facilement dans des forêts denses et atteindre des cimes d’arbres autrement inaccessibles permet aux scientifiques de collecter des données sur les espèces végétales pour la toute première fois. En les maintenant déployés sur le long terme, les changements peuvent être surveillés pendant des années afin de recueillir des données à long terme qui aideront à étudier et à prédire l’impact du changement climatique ou de la déforestation.

Cela dit, ce n’est qu’un des nombreux cas d’utilisation des drones. Certaines des applications innovantes des drones se retrouvent dans l’agriculture où ces UAV aident à surveiller la santé des cultures, détectent les parasites, gèrent l’irrigation et optimisent les rendements.

En plus de révolutionner l’agriculture grâce aux techniques d’agriculture de précision, les drones peuvent également être déployés dans des zones sujettes aux catastrophes pour des missions de recherche et de sauvetage, la livraison de fournitures essentielles et l’évaluation des dommages. En cas d’urgence comme les incendies de forêt, les ouragans et les tremblements de terre, ces drones sont indispensables grâce à leur capacité à naviguer rapidement dans des zones dangereuses sans mettre des vies en danger.

D’autres industries où les drones sont de plus en plus utilisés comprennent la livraison, l’inspection d’infrastructures difficiles d’accès comme les ponts et les pipelines, ainsi que la création de modèles 3D détaillés de chantiers de construction ou de mines.

Tous ces exemples montrent l’évolution des drones, passant d’une nouveauté utilisée principalement par les amateurs ou à des fins militaires, à une présence désormais dans divers secteurs allant de la santé, la construction et la surveillance environnementale à la livraison de pizzas et de médicaments, la chaîne d’approvisionnement, la maintenance d’aéronefs, et bien plus encore.

L’usage croissant et la popularité des drones sont stimulés par les avancées technologiques. Par exemple, les algorithmes d’IA et d’apprentissage automatique sont désormais de plus en plus intégrés aux systèmes embarqués pour rendre ces machines plus efficaces et plus intelligentes.

Il existe également des microcontrôleurs et processeurs à faible consommation et haute performance, issus des innovations en technologie des semi-conducteurs. Ces avancées améliorent l’efficacité et la durabilité des drones en offrant plus de puissance de calcul tout en consommant moins d’énergie.

D’autres avancées importantes qui aident à étendre les applications des drones sont les technologies de communication sans fil comme la 5G et l’IoT, permettant une transmission de données plus rapide et plus fiable, ainsi que les systèmes d’exploitation en temps réel (RTOS) pour une synchronisation précise et une gestion des tâches.

Tous ces progrès technologiques ont considérablement amélioré les performances et les capacités des drones, favorisant leur application dans des domaines plus larges.

Entreprises développant des solutions de drones

Examinons maintenant les entreprises qui sont à la pointe du développement de la technologie des drones.

DJI est la force dominante dans l’industrie des drones, offrant une large gamme de solutions de drones grand public, professionnelles et industrielles utilisées dans l’agriculture, le relevé topographique et l’inspection d’infrastructures.

Boeing (BA ) est un autre acteur développant des drones à haute endurance pour la défense et les usages commerciaux, tandis que Northrop Grumman (NOC ) est impliqué dans le développement d’UAV comme le RQ‑4 Global Hawk. Lockheed Martin (LMT ) est un autre géant de la défense impliqué dans la technologie des drones tandis que Kratos Defense & Security Solutions (KTOS ) se développe dans les secteurs commerciaux.

Si nous regardons le secteur agricole, Draganfly (DPRO ) la technologie des drones se concentre sur l’analyse pilotée par IA, la cartographie et les systèmes d’intervention d’urgence. AgEagle Aerial Systems (UAVS ) crée des solutions basées sur les drones pour la surveillance environnementale tandis que Parrot est un important fabricant européen de drones utilisé dans l’agriculture de précision, la cartographie 3D et la recherche sur la biodiversité.

Prenons le temps d’examiner de plus près quelques noms de premier plan :

#1. AeroVironment, Inc.

Leader dans la technologie des drones, AeroVironment (AVAV ) se spécialise dans les UAV pour les applications militaires et commerciales, y compris la surveillance environnementale et l’agriculture.

Évaluées à 209 $ au moment de la rédaction, le cours des actions d’AeroVironment a augmenté de 65 % cette année, portant la capitalisation boursière de l’entreprise à 5,865 milliards de dollars. Elle affiche un BPA (bénéfice par action) sur les douze derniers mois (TTM) de 2,12, un ratio P/E (TTM) de 98,08 et un ROE (TTM) de 8,30 %.

Pour le deuxième trimestre 2024, l’entreprise a déclaré un chiffre d’affaires de 189,5 millions de dollars, en hausse de 24,4 % d’une année sur l’autre. Le bénéfice non GAAP de 0,89 $ par action était toutefois en baisse par rapport à 1 $ par action au même trimestre de l’année précédente. Son flux de trésorerie disponible à la fin du trimestre était de 22,92 millions de dollars.

Le « revenu record du premier trimestre » intervient alors que le fabricant de drones se concentre sur devenir une entreprise de plusieurs milliards de dollars au cours des trois à cinq prochaines années, contre 717 millions de dollars de revenu en exercice 2024.

Son produit, Switchblade, est au cœur de ces ambitions ; il s’agit d’une munition de loitering utilisée à la fois par les Russes et les Ukrainiens. AeroVironment travaille actuellement à surmonter le brouillage grâce aux dernières modifications, ce qui, avec une meilleure formation, augmentera le taux d’efficacité supérieur à 80 %.

Récemment, l’armée américaine a attribué à l’entreprise son plus gros contrat jamais accordé, d’une valeur pouvant atteindre 990 millions de dollars, pour couvrir les achats de Switchblade jusqu’en 2029. En mai, le Pentagone avait également accordé à AeroVironment un contrat pour fabriquer des Switchblade pour son projet Replicator. Ce n’est pas tout, même le Royaume‑Uni, la Lituanie et la France ont acheté des Switchblade. Plus de 20 pays, selon AeroVironment, cherchent à acquérir cet aéronef.

#2. Trimble Inc.

Trimble propose des solutions de drones géospatiales et agricoles qui aident à la collecte de données, à la gestion des terres et à la cartographie 3D. Leurs technologies jouent un rôle crucial dans l’agriculture de précision et la surveillance de la construction. Ses solutions comprennent Trimble Geospatial, qui se concentre sur l’échange d’informations et les flux de travail productifs, Trimble Agriculture, qui offre l’application FAST aidant les utilisateurs à trouver la bonne combinaison de produits d’agriculture de précision pour leurs besoins, et Trimble Reality Capture, qui fournit des images à 360 ° et des nuages de points.

Évaluées à 62,14 $ au moment de la rédaction, le cours des actions de Trimble a augmenté de 16,82 % cette année, portant la capitalisation boursière de l’entreprise à 15,175 milliards de dollars. Elle affiche un BPA (TTM) de 6,13, un ratio P/E (TTM) de 10,14 et un ROE (TTM) de 30,34 %.

Pour le deuxième trimestre 2024, l’entreprise a déclaré 2,11 milliards de dollars de revenu récurrent annuel (ARR), soit une hausse de 14 %, tandis que les marges brutes étaient de 66,5 % et la marge EBITDA élargie de 24,6 %. 75 % du revenu de Trimble provenait des services logiciels, et l’entreprise a souligné son orientation vers les solutions d’IA, l’échelle industrielle et les premières étapes de monétisation. Trimble a également partagé ses plans de reprise du rachat d’actions. Parallèlement, l’entreprise fait face à des défis sur les marchés chinois et japonais et constate une lente reconnaissance des revenus sur le marché automobile.

Ce mois-ci, Trimble a prolongé son partenariat de longue date avec Caterpillar Inc. (CAT ) pour la distribution de solutions de contrôle de niveau. Au début de l’année, en février, Trimble et DroneDeploy ont introduit une précision de positionnement de premier plan pour la capture de réalité depuis les drones, ce qui permettra aux opérateurs de « livrer des cartes très précises » plus rapidement et de façon constante, « permettant aux drones d’être utilisés dans des applications géospatiales de précision ».

Conclusion

L’utilisation de drones pour collecter de l’eDNA dans des zones pratiquement inaccessibles aux humains représente une autre application passionnante des UAV et un progrès significatif dans les efforts de conservation environnementale. De plus, en fournissant des données détaillées sur la biodiversité tout en éliminant le besoin d’accès humain à des lieux dangereux, les drones permettent une surveillance des écosystèmes plus rapide, plus sûre et plus complète.

Déjà, les innovations technologiques ont élargi les applications des drones à un large éventail d’industries, notamment la logistique, l’agriculture, la défense et la surveillance environnementale. Aujourd’hui, ils sont prêts à remodeler la recherche sur la biodiversité qui peut nous aider à faire face aux impacts du changement climatique et à guider nos efforts pour protéger la biodiversité de la planète, qui est cruciale pour les humains, l’environnement et l’économie.

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