Inspirer la prochaine génération de recherches sur les écosystèmes arctiques
Le changement climatique modifie fondamentalement les écosystèmes de l’Arctique, et ce plus rapidement que partout ailleurs sur la planète. Le carbone atmosphérique piégé dans les sols arctiques depuis des millions d’années est aujourd’hui libéré sous forme de dioxyde de carbone et de méthane, deux gaz à effet de serre. Malgré ces connaissances et des décennies de recherche, les scientifiques ne savent toujours pas quelle est l’ampleur exacte de ce transfert de carbone, ni comment il interagira avec le réchauffement planétaire qui en est la cause. «L’un des défis majeurs est l’absence de preuves expérimentales concernant la libération future du carbone dans les conditions climatiques prévues», explique Ivan Janssens, professeur au département de biologie de l’université d’Anvers et responsable du projet FutureArctic. Les scientifiques sont souvent en retard sur la réalité car les observations sur le terrain sont limitées aux conditions actuelles, souligne le chercheur. «Le temps que des preuves suffisantes soient rassemblées et analysées, le climat a déjà changé, ainsi que tous les mécanismes de rétroaction qui y sont associés», note-t-il. Il est surprenant de constater que le taux de libération du carbone a fréquemment dépassé les prévisions des scientifiques. «C’est là que réside la véritable valeur du site de FutureArctic: il offre des preuves expérimentales à grande échelle des scénarios futurs», explique Ivan Janssens. Dans le cadre du projet FutureArctic financé par l’UE et entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, Ivan Janssens et son équipe ont formé des chercheurs en début de carrière à mieux analyser l’échange potentiel de carbone dans l’Arctique. Ils mènent par ailleurs une expérience unique en Islande, en utilisant l’apprentissage automatique et un «écosystème des objets» pour analyser de grands volumes de flux de données environnementales sur un site contrôlé géothermiquement.
Création d’un «écosystème des objets»
Le terme «écosystème des objets» s’inspire de «l’Internet des objets», qui désigne une infrastructure connectée destinée à améliorer notre compréhension de systèmes plus vastes. L’objectif de FutureArctic était de mener des recherches fondamentales en vue d’établir un réseau de capteurs connectés au sein d’un écosystème naturel. Il s’agissait de permettre l’évaluation simultanée de plusieurs processus écosystémiques et d’ouvrir de nouvelles voies pour l’analyse avancée du fonctionnement des écosystèmes grâce à l’apprentissage automatique. Un groupe de chercheurs en début de carrière a développé de nouveaux prototypes de capteurs qui permettent des mesures à haute résolution de processus écosystémiques complexes, tels que la croissance des racines et les flux d’eau dans le sol, ils ont été les pionniers de nouvelles technologies pour les observations par drone. Un autre groupe s’est concentré sur l’approfondissement de la compréhension fondamentale de la santé des plantes et des sols. L’un des objectifs du projet était d’équiper les sites de capteurs multiples et d’effectuer des analyses initiales des processus écosystémiques à l’aide de méthodes assistées par machine afin de compléter la recherche traditionnelle sur le terrain et la recherche expérimentale. «L’intégration de ces deux approches pourrait considérablement améliorer notre capacité à affiner les modèles d’écosystèmes, en particulier ceux qui prédisent les futurs puits de carbone», ajoute Ivan Janssens.
Inspirer des liens entre les disciplines scientifiques
Dans le cadre de ce projet, les chercheurs ont mis au point des protocoles d’analyse des données à l’aide de l’apprentissage automatique, ce qui a nécessité une collaboration pluridisciplinaire. «Il a fallu que les spécialistes de l’environnement comprennent parfaitement les besoins des chercheurs en IA, et que ces derniers saisissent la complexité de la surveillance d’un écosystème naturel», note Ivan Janssens. «L’établissement de cette connexion a constitué une avancée majeure et nous envisageons déjà le niveau d’intégration suivant.» L’équipe espère que les résultats démontreront les avantages potentiels de la mise en place d’écosystèmes hautement instrumentés et de l’utilisation de l’analyse précoce assistée par machine pour explorer plus en profondeur les complexités de la libération et de l’absorption futures du carbone. «Si nous pouvons inciter d’autres personnes à explorer cette approche, ce sera déjà un succès important», conclut Ivan Janssens.
Mots‑clés
FutureArctic, arctique, écosystèmes, IA, recherche, écosystème des objets, environnement, percée, apprentissage automatique
