Un drone survole l'Amazonie, la collecte d'échantillons de composés organiques volatils tandis que la fumée d'un feu de biomasse peut être vue au loin. Crédit :Jianhuai Ye/Harvard SEAS
En 2017, Écossais Martin, le Gordon McKay Professor of Environmental Science and Engineering à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), a envisagé un nouveau système de surveillance chimique basé sur des drones pour suivre la santé de l'Amazonie face au changement climatique mondial et à la déforestation et au brûlis causés par l'homme.
Le projet surveillerait les signaux chimiques émis par les plantes appelées composés organiques volatils (COV), qui aident les plantes à interagir avec les organismes qui les entourent. Chaque espèce de plante émet une signature COV différente, comme une empreinte digitale, qui peut changer en fonction de la saison ou si la plante est sous la contrainte de, par exemple, sécheresse ou inondation. La surveillance et la traduction de ces signaux peuvent révéler comment les écosystèmes forestiers réagissent au stress causé par le changement climatique.
Traditionnellement, ce type de surveillance a été effectué à partir de grandes tours plates-formes qui s'élèvent au-dessus de la canopée de la forêt.
"L'Amazonie contient des milliers de petits écosystèmes, chacun avec ses propres signaux de biodiversité et de COV, " dit Jianhuai Ye, un stagiaire postdoctoral à SEAS. "Encore, il y a moins de 10 de ces tours dans toute la forêt et elles sont toutes construites dans des écosystèmes similaires où le sol peut supporter de grandes structures. Comme vous pouvez l'imaginer, cela conduit à beaucoup de biais dans les données."
Martin, Vous et le reste de l'équipe, qui comprend des collaborateurs de l'Amazonas State University (UEA) et de la Amazonas State Research Support Foundation (FAPEAM), pensaient que les drones pourraient fournir des données plus précises sur la forêt.
Leur première mission a démontré à quel point ils avaient raison.
A l'été 2018, après des années de prototypage, les chercheurs ont utilisé leurs drones spécialement conçus pour cartographier l'empreinte chimique de deux écosystèmes différents en Amazonie centrale. Ce qu'ils ont trouvé a renversé la plupart des modèles d'émissions de la biosphère actuels, qui supposait que les écosystèmes voisins avaient les mêmes émissions.
La recherche est publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
"Les plantes et les insectes communiquent souvent via des signaux chimiques, plutôt que la signalisation visuelle ou vocale plus fréquente chez les animaux, " dit Martin. "Avec nos capteurs chimiques, nous pouvons mieux comprendre le fonctionnement actuel de la forêt et comment il évolue avec le changement climatique régional, y compris une occurrence plus fréquente d'incendies ces dernières années dans la partie centrale de l'Amazonie."
Un œil de drone de la canopée amazonienne. Crédit :Jianhuai Ye/Harvard SEAS
En Amazonie centrale, les collines en pente donnent naissance à des plateaux et des vallées inondées, disséqué par les ruisseaux et les rivières. Chacun de ces écosystèmes—les forêts sur les coteaux, les forêts des plateaux et des vallées, et la végétation le long des bords de l'eau - a une empreinte chimique différente.
L'équipe de recherche a piloté des drones au-dessus des forêts de plateau et des forêts de pente. Ils ont découvert que les concentrations d'un COV appelé isoprène étaient plus de 50 pour cent plus élevées dans la forêt de plateau que dans la forêt de pente. En utilisant ces données, ils ont développé un modèle suggérant que les émissions d'isoprène doublaient voire triplaient parmi ces différents sous-types forestiers. En l'absence de mesures, les modèles d'émission précédents supposaient qu'il n'y avait pas de différence.
Jianhuai Ye, un stagiaire postdoctoral à SEAS, détient un drone d'échantillonnage sur une tour en Amazonie. Crédit :Jianhuai Ye/Harvard SEAS
"Cette recherche montre à quel point nous comprenions mal l'hétérogénéité des forêts, ", a déclaré Martin. "Mais les technologies assistées par drone peuvent nous aider à comprendre et à quantifier les émissions de COV dans différents, écosystèmes voisins afin de mieux les représenter dans les simulations de modèles climatiques et de qualité de l'air.
Les chercheurs prévoient d'échantillonner des écosystèmes dans des vallées inondées et le long des rivières à l'automne 2019 en utilisant un bateau au milieu de la rivière comme plate-forme pour lancer et récupérer les drones. Ils prévoient également de tester une flotte de trois drones exploités à l'unisson.
