Des bénitiers comme biocapteurs

Une équipe de chercheurs en biologie et mathématiques vient de publier un article scientifique utilisant des mollusques bivalves comme « biocapteurs ». Objectif : suivre en ligne et à distance l’évolution de la qualité du milieu aquatique. En Nouvelle-Calédonie, l’un des sites de l’étude, l’expérience a été faite avec des bénitiers au niveau du site de Ioro (canal de la Havannah).
La protection de l'environnement, en particulier celle des systèmes aquatiques, constitue l’une des priorités de nos sociétés. L’utilisation de capteurs biologiques, permettant de tester la qualité de l’eau en continu, est une voie possible de surveillance intégrée des mers et des rivières.

Surveillance continue
Cette démarche, aussi appelée valvométrie, a été mise en place avec succès sur des mollusques bivalves équipés d'électrodes légères qui respectent leur comportement naturel. Plus précisément, des électrodes légères sont installées sur les deux parties de la coquille des bivalves (des bénitiers en Nouvelle-Calédonie). Le système embarqué enregistre alors en temps réel et à haute fréquence (10 Hz) la distance entre les deux valves. On obtient ainsi une représentation du comportement de l’animal et donc de son habitat. Les signaux collectés sont transférés via le réseau de téléphonie mobile et enregistrés dans des bases de données accessibles depuis internet. Actuellement, plusieurs sites géographiques sont équipés de ce système dans le monde.

Big data
Ce sont ces grandes quantités de données qu’il faut traiter pour extraire de l’information sur la qualité du milieu marin : pour un seul animal équipé du système de valvométrie, une donnée est enregistrée toutes les 1,6 secondes, ce qui correspond à plus de 19 millions de mesures par an ! Les travaux de recherche concernent ici le développement de nouvelles méthodes d’estimation non paramétrique.

Cette image n’est pas celle d’un tapis persan ! Elle représente l’évolution des estimations des vitesses d’ouverture et de fermeture d’un lot de seize bivalves pendant 6 mois. Le rouge figure les vitesses élevées, le gris-vert les vitesses plus lentes et le jaune-blanc les vitesses très lentes. La recherche automatique des changements de comportement par des modèles mathématiques permet d’indiquer des perturbations du milieu comme des pollutions ou les effets du réchauffement globale.

Interdisciplinaire
Les résultats de ce projet de recherche, publiés dans les journaux scientifiques internationaux Statistical Inference for Stochastic Processes en 2017 et dans Journal of Applied Statistics en 2018, sont issus d’une étroite collaboration entre biologistes et mathématiciens. Ils s’inscrivent pleinement dans le cadre d’une recherche pluridisciplinaire telle que développée au sein de l’Institut de sciences exactes et appliquées (ISEA) de l’Université de la Nouvelle-Calédonie.

Applications
Ces travaux de recherche ont posé les bases fondamentales pour calculer et traiter automatiquement la vitesse de mouvement des valves. Les années d'enregistrements déjà acquises permettent ainsi, à partir de modèles, de détecter s’il existe des variations de la vitesse de mouvement des valves liées aux variations de température ou à des perturbations environnementales comme des pollutions. Ainsi, cette approche intégrée permet de suivre en ligne, et à distance, l’évolution de la qualité du milieu aquatique dans l’esprit d’un biocapteur.

Auteurs de l’article scientifique (ordre alphabétique)

Bernard Bercu, Sami Capderou de l’Institut de Mathématiques de Bordeaux, Université de Bordeaux, Talence, France
Gilles Durrieu de l’Institut de sciences exactes et appliquées (ISEA), Université de la Nouvelle-Calédonie, Nouméa, Nouvelle-Calédonie.

Contact
Université de la Nouvelle-Calédonie
Institut de sciences exactes et appliquées
Gilles Durrieu
gilles.durrieu@unc.nc

Pour télécharger les articles scientifiques

dans Statistical Inference for Stochastic Processes (2017)
dans Journal of Applied Statistics (2018)

Pour en savoir plus sur le site de Ioro
En Nouvelle-Calédonie, le projet a bénéficié (en plus des financements institutionnels du CNRS et de l’Université Bordeaux 1), de financements de la province Sud de la Nouvelle-Calédonie, de l’association Aquitaine valo et de la Région Aquitaine. La mise en place avait été réalisée grâce au soutien de l’IRD Nouméa et en particulier du service de plongée.

© Photo de couverture : RevolverOcelot - Travail personnel, CC BY-SA 3.0L’article Des bénitiers comme biocapteurs est apparu en premier sur Université de la Nouvelle-Calédonie.