Les cartes illustrent la collecte de données sur la température tout au long de l’année 2008 dans le parc national Kruger, en Afrique du Sud, à l’aide de capteurs satellitaires et embarqués sur des éléphants. La carte du haut présente une moyenne annuelle des températures matinales à la surface des terres capturées par le satellite Landsat 5, tandis que la carte du bas révèle les températures de l’air enregistrées sur le même site tout au long de l’année par des éléphants équipés de capteurs. Il existe notamment une concentration de points de données le long de la rivière Myamvubu.
Les chercheurs exploitent une multitude de données collectées par des capteurs embarqués sur des animaux pour compléter les observations par satellite, élargir les mesures météorologiques et mieux comprendre l’écologie de la faune dans un climat en changement.
La conception de systèmes d’observation de la Terre est un exercice de compromis. Un satellite peut être efficace pour collecter des données avec une résolution spatiale fine, à une fréquence temporelle élevée ou sur une large gamme de longueurs d’onde, mais pas les trois à la fois. Les systèmes au sol, tels que les stations météorologiques, peuvent collecter fréquemment diverses données, mais ils n’échantillonnent qu’un seul endroit et leur répartition est inégale à travers la planète.
Le règne animal : une ressource pour l’observation de la Terre
Il existe un autre moyen de collecter des observations de la Terre, qui peut combler les lacunes des données météorologiques et climatiques : le règne animal. Depuis plusieurs décennies, des dizaines de milliers de créatures – des cigognes et caribous aux éléphants et éléphants de mer – ont été étiquetées avec des capteurs pour recueillir des données sur leurs habitats. Il s’agit notamment des endroits trop sombres, nuageux, glacés ou boisés pour que les satellites puissent les voir, ou trop accidentés, éloignés ou inhospitaliers pour que les humains puissent y accéder.
Intégration des données animales dans la surveillance du climat
De plus en plus, les scientifiques réalisent le pouvoir des observations animales pour améliorer la surveillance du climat et révéler plus en détail les processus terrestres. « Les animaux font partie intégrante de l’observation de la Terre », a déclaré l’écologiste Diego Ellis Soto, étudiant diplômé de l’Université de New York. Université de Yale et NASA Boursier FINESST (Futurs Chercheurs en Sciences et Technologies de la Terre et de l’Espace de la NASA). Dans un article récent dans Changement climatiqueEllis Soto et ses collègues exposent leur argumentation et leur vision visant à intégrer les données de suivi des animaux dans la boîte à outils standard pour étudier notre planète.
Pour commencer, considérons comment un seul espèces dans une partie du monde peut collecter des données avec une couverture spatiale et temporelle unique. Les cartes ci-dessus comparent l’acquisition de données de température par satellite et par des capteurs embarqués sur des éléphants dans une partie du parc national Kruger en Afrique du Sud. La carte des températures à la surface des terres (en haut) affiche une moyenne annuelle des températures matinales collectées par le satellite Landsat 5. L’autre carte (en bas) montre les températures de l’air au même endroit et au même moment, enregistrées plusieurs fois par jour par des éléphants équipés de capteurs. Un groupe de points de données apparaît le long de la rivière Myamvubu.
Ici, les données satellite couvrent toute la zone mais sont limitées par la résolution spatiale, le temps de revisite (16 jours dans le cas de Landsat 5) et d’autres facteurs tels que la couverture nuageuse. De plus, des stations météorologiques au sol ont collecté des données à des fréquences temporelles élevées, mais à partir de points statiques éloignés de l’emplacement des éléphants. Les capteurs embarqués sur les éléphants ont enregistré des données à haute fréquence mais ont échantillonné différents territoires tout au long du voyage des animaux. La carte ci-dessous montre les schémas et l’étendue des déplacements des éléphants à travers le parc national Kruger sur une année.
Cette carte montre les schémas et l’étendue des déplacements des éléphants à travers le parc national Kruger pour l’année 2008.
Les animaux comme capteurs environnementaux
En plus de servir de stations météorologiques à pied, les animaux et leurs schémas de déplacement peuvent renseigner les scientifiques sur la manière dont la faune interagit avec l’environnement et sur la manière dont les conditions influencent le comportement. Dans une étude de 2019, des chercheurs ont analysé les données des éléphants pour savoir quand les animaux visitaient les sources d’eau, ce qui en dit long sur leurs stratégies de gestion du stress thermique.
« Ces animaux sont des capteurs extrêmement biaisés, et ce biais s’appelle l’écologie et le comportement animal », a déclaré Ellis Soto.
Les préjugés des animaux quant à l’endroit et au moment où ils échantillonnent certaines zones peuvent être une caractéristique plutôt qu’un bug. Par exemple, ils pourraient révéler comment les animaux réagissent aux températures extrêmes, ce qui est particulièrement intéressant lorsqu’il s’agit d’espèces rares ou menacées dans un climat en changement.
Progrès dans le suivi des animaux et les connaissances écologiques
Ce biais d’échantillonnage peut également fournir des détails sur l’environnement que les satellites ne peuvent pas résoudre. « Nous pouvons utiliser les mouvements des animaux pour nous renseigner sur d’autres processus terrestres en cours », a déclaré Keith Gaddis, responsable du programme de conservation écologique de la NASA. La NASA est active dans le domaine du pistage des animaux depuis des décennies, a-t-il souligné, citant le rôle de l’agence dans le développement de la technologie des colliers radio et du pistage par satellite. (Cela a parcouru un long chemin depuis le suivi de Monique the Space Elk avec le satellite météorologique Nimbus III en 1970.)
Les satellites peuvent utiliser des mesures telles que le NDVI, une mesure de la verdure de la végétation, pour voir quand les plantes feuilles, mais ils ne peuvent pas détecter d’autres changements saisonniers tels que l’émergence de gousses. La faune sauvage en quête de graines pourrait cependant compléter ces informations saisonnières et renseigner les scientifiques sur la réponse d’un écosystème au changement climatique, a déclaré Gaddis. De même, les créatures vivant dans des environnements enneigés pourraient fournir des détails sur la couverture neigeuse et le moment de la fonte grâce à leurs schémas de mouvement.
« Notre compréhension de l’histoire naturelle des animaux nous aidera à sélectionner le capteur animal que nous utiliserions (pour effectuer ce type de mesures) », a déclaré Ellis Soto. Dans son récent article, il a comparé les schémas de déplacement des animaux avec différents systèmes satellitaires. L’albatros errant couvre de vastes zones, mais rarement, comme Landsat. En revanche, la cigogne blanche est une butineuse centrale, ce qui signifie qu’elle revisite fréquemment certaines zones pendant la saison de reproduction. Le schéma est analogue à celui d’un satellite géostationnaire tel que GOES.
Il est important de noter qu’Ellis Soto ne préconise pas le suivi des animaux dans le seul but de surveiller le climat, mais le considère plutôt comme un scénario gagnant-gagnant qui nécessite également d’équilibrer les considérations éthiques. Cette initiative ajoute de la valeur aux efforts continus de conservation de la biodiversité, et il considère les informations supplémentaires sur l’environnement comme un « sous-produit massif » de notre technologie actuelle.
Le monde marin apprécie depuis un certain temps la valeur des observateurs d’animaux. Les « observations » de requins tigres ont enrichi les données de télédétection et les enquêtes auprès des plongeurs pour cartographier le plus grand écosystème d’herbiers marins du monde. Et des éléphants de mer marqués nageant dans les eaux glacées de l’Antarctique ont contribué à révéler comment la chaleur se déplace dans les profondeurs océaniques. Les flux de données fournis par les animaux marins se sont révélés suffisamment précieux et robustes pour être intégrés au Système mondial d’observation de l’océan dirigé par l’UNESCO pour un suivi à long terme.
Orientations futures dans l’intégration des données détectées par les animaux
La tâche consiste désormais à compiler, normaliser et donner accès à l’ensemble des informations détectées par les animaux. Un mouvement est en cours pour créer un ensemble de variables essentielles de la biodiversité (EBV), sur le modèle des variables climatiques essentielles (ECV) existantes. Les ECV sont des ensembles de données qui contribuent à la caractérisation du climat de la Terre et incluent des variables telles que l’ozone, la glace de mer, la biomasse aérienne, l’humidité du sol et la couleur des océans. « Le rêve est que nous ayons ces produits (biologiques) qui soient systématiquement générés de la même manière que nous le faisons pour les variables climatiques », a déclaré Gaddis.
Ellis Soto et ses collègues pensent également que les éléments sont en place pour que les données des capteurs animaux terrestres et aériens deviennent la norme dans la surveillance du système terrestre et du climat. Des dizaines de milliers d’animaux sont déjà suivis, et les données, la technologie de suivi et les outils d’analyse sont tous devenus plus sophistiqués. Ce qui reste, c’est davantage de preuves de concept – davantage d’exemples comme des pigeons améliorant les prévisions de la qualité de l’air – démontrant que les modèles météorologiques et climatiques sont meilleurs avec des données provenant d’animaux que sans. Selon Ellis Soto : « Nous sommes à l’ère de la fusion des sources de données. »
Images de l’Observatoire de la Terre de la NASA prises par Michala Garrison, utilisant les données Landsat de l’US Geological Survey et les données de capteurs embarqués sur des éléphants de Thaker, M., et al. (2019).
