Des scientifiques de l’Université de Buffalo créent des modèles 3D de coraux pour protéger les récifs coralliens

Les coraux sont des animaux marins vivant en symbiose avec des algues, notamment la zooxanthelle, qui leur apportent la nourriture nécessaire à leur croissance. Malheureusement, les récifs coralliens, très importants pour l’écosystème marin, sont affectés par le réchauffement climatique, la pollution et la surpêche. Les sauver est très important pour l’écosystème marin, Ángela Martínez Quintana, scientifique à l’Université de Buffalo, dans l’Etat de New-York, a créé des modèles numériques 3D pour déterminer quels micro habitats sont les meilleurs pour les jeunes coraux.

Les récifs coralliens sont des structures sous-marines construites grâce au calcaire que produisent les coraux. Leurs nombreuses cavités sont de véritables micro habitats pour de nombreuses espèces, Angela Martinez Quintana a voulu répondre aux questions suivantes: « Où les larves de corail, appelées planules, aiment-elles s’installer ? Quels paysages marins aident les jeunes de différentes espèces de coraux à s’épanouir ? Et est-ce que différentes espèces se disputent les mêmes micro habitats sur le récif ? »

Dans ce but, elle a créé des modèles numériques 3D qui visualisent tous les détails de la surface des récifs coralliens. Cette recherche fait partie d’un projet plus vaste, financé par la National Science Foundation, qui explore comment et pourquoi certaines  espèces de coraux résistent alors que d’autres meurent, dirigé par Howard Lasker, PhD, à UB et Peter Edmunds, PhD, à California State University, Northridge.

Angela Martinez Quintana a commencé son travail avec un outil basique : un pied à coulisse. Elle explique :

« Quand j’ai commencé à faire cela, je ne savais pas que les récifs pouvaient être reproduits numériquement, et j’ai essayé de mesurer les trous et les crevasses sur le récif avec un pied à coulisse. »

Devant l’ampleur de la tâche, elle s’est tournée vers Stuart Sandin, PhD, et Nicole Pedersen, chercheurs à la Scripps Institution of Oceanography, qui lui ont conseillé d’utiliser la « structure à partir du mouvement », une technique de photogrammétrie qui permet  de reproduire numériquement des structures 3D à partir de séquences d’images 2D qui se chevauchent.

Angela Martínez Quintana a pris des vidéos en gros plan des récifs coralliens des îles Vierges américaines, notamment sur de petites zones carrées du fond marin appelées quadrats. Elle a pu ainsi capturer la topographie du récif dans ses moindres détails, découvrir des objets masqués par d’autres ainsi que des régions cachées sous des surplombs.

Elle explique :

« Ces organismes ne peuvent mesurer que quelques millimètres, alors pour les trouver, j’ai passé des heures avec mon visage à 10 centimètres du fond du récif. »

Analyser les préférences des coraux dans un écosystème 3D complexe

Angela Martínez Quintana cherchait à comprendre la distribution des jeunes coraux dans un écosystème complexe en 3D et a travaillé avec le biogéographe Adam Wilson, PhD, professeur agrégé de géographie à l’UB College of Arts and Sciences pour y parvenir.

Adam Wilson a ainsi développé une approche informatique pour l’analyse de ces modèles, chacun composé d’une multitude de points contenant des informations sur le paysage sous-marin qui, réunis, forment un maillage polygonal 3D. L’approche innovante du biographe permet aux scientifiques d’étudier la distribution des recrues coralliennes (jeunes coraux mous) sur cette surface maillée, en permettant d’identifier les spécificités des micro habitats adaptés aux recrues de différentes espèces de coraux.

Angela Martinez Quintana explique :

« Cette méthode a le potentiel d’être révolutionnaire, puisqu’elle nous permettra de mieux comprendre comment les organismes partitionnent leur environnement et interagissent entre eux sur des écosystèmes tridimensionnels complexes. Il pourrait être utilisé non seulement sur les récifs coralliens, mais aussi sur des écosystèmes tels que la canopée de la forêt tropicale. »

Adam Wilson ajoute :

« Ce qui est vraiment innovant dans la recherche d’Ángela, c’est qu’elle utilise ces modèles 3D pour en savoir plus sur les processus écologiques. Elle s’intéresse au recrutement et à la croissance réussie des jeunes coraux sur le récif, elle a donc cartographié où se trouvent les recrues de coraux dans ce paysage, puis a utilisé des modèles statistiques et des modèles d’apprentissage automatique pour essayer de déduire quels microhabitats conviennent à ces coraux pour réussir. »

Howard Lasker, professeur de recherche en géologie à l’UB et professeur émérite d’environnement et de durabilité, directeur de thèse d’Angela Martínez Quintana, déclare :

« En développant ces modèles 3D, Ángela a ouvert de nouvelles façons de répondre à des questions critiques, auxquelles nous n’avions pas les outils pour répondre. »

Pour Angela Martínez Quintana, ces modèles 3D sont très prometteurs à la fois pour la recherche et l’éducation.

Sources de l’article : Communiqué de l’Université de Buffalo, par Charlotte Hsu.


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