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Message fourni par Michelle Shero

Un bébé phoque gris à côté du système aérien inoccupé (UAS) utilisé dans cette étude. Crédit photo : Michelle Shero.

Pour survivre et se reproduire, tous les animaux doivent pouvoir extraire suffisamment d’énergie de leur environnement. Il faut de l’énergie pour se nourrir, mais les animaux peuvent récupérer ces calories s’ils parviennent à capturer suffisamment de proies – et le poids de l’animal nous renseigne sur ses coûts énergétiques nets par rapport aux gains. Les animaux qui restent dans un bilan énergétique positif peuvent alors se permettre de consacrer plus d’énergie à la croissance et à la reproduction. Dans cet article de blog, Michelle Shero de Institution océanographique de Woods Hole nous guide à travers une nouvelle méthode décrite dans le récent Méthodes en écologie et évolution papier « Suivre la dynamique énergétique de la faune avec des systèmes d’aéronefs inoccupés et une photogrammétrie tridimensionnelle ». L’équipe utilise des images de drones pour modéliser en 3D et « peser » de grands groupes d’animaux vivant en liberté.

Qu’y a-t-il dans un poids?

Dans la plupart de ses travaux précédents, Shero étudiait une poignée d’animaux pour des évaluations plus complètes de la physiologie et de la santé animales, y compris variation des réserves de lipides, changements intra-annuels du stress et des hormones métaboliques, phénologie de la reproduction, et (pour les mammifères marins) capacités de plongée. Dans le domaine de l’éco-physiologie, les chercheurs ont découvert que presque tous ces aspects critiques de l’histoire de la vie de l’animal (et puis certains !) sont corrélés avec la masse corporelle.

Peser des animaux sauvages demande beaucoup de force musculaire

Sur un projet typique, ces équipes de recherche ont pu traiter environ 20 à 25 animaux sur 4 à 6 semaines de travail sur le terrain. C’est parce qu’il faut du temps pour trouver et capturer les animaux, et les évaluations de la santé physiologique nécessitent généralement que les animaux soient mis sous sédation. Et peser physiquement les animaux, c’est dur ! – Les phoques gris peuvent peser jusqu’à ~550 lb (250 kg), et d’autres espèces peuvent peser encore plus. L’application de ces approches traditionnelles sur le terrain ne permet qu’un aperçu de l’état physiologique d’une très petite partie de la population. De plus, les études impliquant la manipulation d’animaux ou la sédation nécessitent souvent d’éviter les animaux qui sont manifestement mal nourris ou ceux qui sont visiblement blessés ou qui ont des infections. C’est pour des raisons éthiques, pour éviter d’ajouter des facteurs de stress aux animaux déjà en mauvaise santé, mais cela laisse une lacune dans notre compréhension de la pathologie sous-jacente dans cette importante cohorte d’animaux sauvages. Nous devons être en mesure de mesurer plus largement la dynamique énergétique des animaux dans l’ensemble de la population si nous voulons être en mesure d’évaluer véritablement les impacts du changement climatique et d’employer des mesures de conservation efficaces.

« Peser » plus, avec moins

Il existe depuis longtemps un intérêt pour le développement de méthodes non invasives pour mesurer la taille et la masse corporelle des animaux. Auparavant, les chercheurs utilisaient morphométrie mesurée à la main pour reconstruire la forme du corps de l’animal à l’aide d’une série de troncs de cônes elliptiques pour calculer leur volume corporel. Pour les mammifères marins, cela peut être associé à des mesures non invasives de la profondeur de la graisse prises à partir d’un appareil à ultrasons. Cela permet aux modèles morphométriques d’être davantage déconstruits en segments de corps gras et « noyaux ». Les masses de graisse calculées à l’aide de ces méthodes peu invasives ont déjà été comparées à d’autres « normes d’or » pour mesurer les réserves lipidiques du corps, à savoir en utilisant techniques de dilution de l’eau étiquetées ou analyse approximative. La haute densité énergétique des lipides fait de cette métrique physiologique un indicateur particulièrement précieux de la santé animale.

Le désir de « peser » facilement les animaux a ensuite conduit au domaine de photogrammétrie. Au sol, les chercheurs pouvaient prendre des photographies de profil ou de face pour mesurer la longueur et la largeur du corps de l’animal. Pouvoir modéliser les animaux en 3D fournit beaucoup plus d’informations dimensionnelles avec lesquelles mesurer les flux dans l’apport calorique d’un animal. L’imagerie stéréo pour la modélisation 3D peut être réalisée avec plusieurs chercheurs prenant photographies synchrones dans le temps autour du corps de l’animal. Ou un chercheur peut prendre une série de photographies séquentielles tout en marchant à 360 degrés autour de l’animal pour créer une « structure à partir du mouvement ». Au sol, ces méthodes nécessitaient que certains objets de taille connue soient dans le champ de vision de la photographie afin que le modèle 3D final puisse être mis à l’échelle et que les animaux puissent être mesurés. Ainsi, cela nécessitait toujours que les gens s’approchent et dérangent les animaux, et les animaux devaient être imagés un par un.

Pourquoi ne pas de l’air ?

Il y a eu des progrès technologiques rapides utilisant des systèmes aériens inoccupés (UAS, ou « drones ») ces dernières années. Les UAS sont maintenant couramment utilisés pour effectuer des dénombrements de population, et les chercheurs ont rapidement réalisé l’intérêt d’utiliser des UAS pour la morphométrie 2D à l’aide d’une seule photographie au nadir des animaux. C’était l’idéal pour recueillir des indices de santé pour les animaux mobiles et souvent difficiles d’accès, comme les cétacés. Cependant, la relation entre les mesures 2D et le volume corporel varie selon l’espèce, le sexe, l’âge et les saisons. Cela signifie souvent que des facteurs de calibrage très spécifiques doivent être développés pour chaque cohorte d’étude. Mais avec les modèles 3D, le volume corporel des animaux est une mesure précieuse de la taille corporelle en soi, quelle que soit l’espèce ou le système que vous étudiez. Avec autant de succès en utilisant la photogrammétrie 3D au sol, pourquoi ne pourriez-vous pas le faire depuis les airs ? L’objectif de Shero et al. étudier dans Méthodes en écologie et évolution, était d’utiliser des techniques de modélisation 3D de la structure à partir du mouvement à l’aide de drones aériens – et de le faire sur des groupes entiers d’animaux à la fois. Pendant le vol, les UAS collectent les coordonnées GPS et les mesures d’altitude. Parce que chaque image est géoréférencée, la distance entre les photographies est connue, et il n’est plus nécessaire pour les chercheurs de s’approcher des animaux pour placer des objets de taille connue sur les photographies. Les animaux peuvent être modélisés en 3D et « pesés » à distance. Cela nous permettra de « peser » plus d’animaux qu’il ne serait jamais possible depuis le sol, et de faire des progrès vers peser des populations entières.

Animation d’un nuage de points 3D à partir de la photogrammétrie UAS de la colonie de phoques. Crédit : Michelle Shero.

Nous avons cherché non seulement à valider la nouvelle méthode photogrammétrique, mais nous voulions également la montrer «en action» et démontrer réellement son applicabilité pour répondre à des questions écologiques plus larges. Nous avons soigneusement validé notre nouvelle méthode en imageant des groupes d’animaux pour la modélisation 3D, puis en mesurant et en pesant certains de ces individus juste après pour une comparaison directe. Les mesures aériennes et terrestres du volume corporel des phoques étaient équivalentes. Les modèles 3D dérivés de l’UAS pourraient être utilisés pour estimer la masse corporelle des animaux avec une faible erreur (2,1 % de la masse corporelle pour les adultes ; 9,8 % pour les petits chiots).

Images thermiques (chaque point blanc = un phoque), et vues aériennes de la colonie de reproduction entre 2019 et 2020. Crédit : Michelle Shero.

Notre première saison sur le terrain a eu lieu en janvier 2019, et lorsque nous sommes revenus en 2020, nous avons été stupéfaits de voir à quel point la colonie de reproduction était différente. En 2019, il y avait beaucoup de glace de mer locale et, alors que nous survolions la région avec notre hélicoptère, nous voyions des phoques avec leurs bébés nouveau-nés sur le substrat de glace. À la colonie de reproduction, il y avait très peu de phoques répartis sur la terre ferme. Cela contrastait fortement avec 2020. Nous sommes arrivés à la colonie de reproduction le premier jour, pour découvrir qu’il n’y avait pas de glace de mer et que le seul l’endroit où les phoques donnaient naissance à leurs petits était sur l’île. Il y avait des ordres de grandeur plus de phoques que l’année précédente. La méthode UAS 3D a été appliquée à près de 700 phoques et a révélé que le transfert d’énergie de la femelle au petit pendant la lactation était considérablement plus faible pendant l’année de faible glace en 2020, lorsque les animaux étaient forcés de mettre bas en agrégations très denses. Cette télédétection à la demande fournit un outil puissant avec lequel commencer à comprendre comment les processus au niveau des organismes se traduisent par la dynamique des populations dans des conditions environnementales variables. À l’avenir, nous espérons que d’autres appliqueront et adapteront cette méthode non invasive aux nouveaux systèmes fauniques pour la surveillance des populations.

Pour lire l’intégralité de l’étude de Shero et al., « Suivi de la dynamique énergétique de la faune avec des systèmes d’avions inoccupés et une photogrammétrie tridimensionnelle », visitez le site Méthodes en écologie et évolution site de la revue ici.

Pour regarder des images de la collecte de données de photogrammétrie UAS de la colonie de phoques, visitez la vidéo YouTube ici.




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