Vols ICARUS

Vols ICARUS

Suivi animal depuis l'espace

Le projet reposant sur l'ISS, destiné à la recherche sur le comportement migratoire d'une variété d'espèces animales a commencé ses activités. La technologie radio de Rohde & Schwarz a été utilisée pour le transfert des données.

Les participants au projet ont dû surmonter de nombreuses difficultés avant de pouvoir célébrer le commencement des activités régulières ICARUS. En tant que directeur de l'institut Max Planck étudiant le comportement animal à Radolfzell, en Allemagne, le Professeur Martin Wikelski est l'initiateur et la tête pensante se cachant derrière ce projet. L'idée d'observer les animaux depuis l'espace est à mettre à son actif, il y a plus de 20 ans. Il a depuis travaillé assidûment afin de concrétiser le concept. Des revers fréquents ont mis à l'épreuve sa tolérance à la frustration. Même le nom du projet témoigne de l'humour cynique de Wikelski : la NASA, peu intéressée, avait prédit que le projet ne décollerait jamais – tout comme le mythologique Icare ayant été condamné par ses ambitions de haut vol. L'agence spatiale européenne (ESA) avait également refusé d'apporter sa contribution au projet. Cependant, grâce à l'agence spatiale Russe Roskosmos (l'un des principaux opérateurs de l'ISS) et le centre aérospatial allemand (DLR), ce projet moderne ICARUS a finalement pu prendre son envol. Le nom a été transformé en un acronyme qui correspond à ce projet sérieux : coopération internationale pour la recherche animale en utilisant l'espace.

De l'utopie à la réalité

Bien sûr, l'idée originale était à la fois audacieuse et – de notre point de vue actuel – irréalisable en utilisant les technologies du début des années 2000. C'était quelque chose de rendre fier un auteur de science fiction : l'idée que des milliers de petits ordinateurs alimentés par l'énergie solaire, chargés de capteurs et de modules radio, pourraient communiquer de manière autonome avec un satellite dans l'espace depuis n'importe où sur terre et constituer un “internet des animaux”.

Cependant, les avancées rapides de la miniaturisation de l'électronique et des capteurs, ainsi que des batteries et des cellules solaires a été suffisant pour faire d'une utopie une réalité ces dernières années. INRADIOS, une petite start-up spécialisée en communications satellite qui venait juste d'être fondée par des chercheurs post-doctorant à Dresden, a été chargée de la tâche difficile de concevoir les radios pour le projet. Ils ont été accompagnés par des experts du domaine des technologies spatiales, faisant partie de la société SpaceTech et de la DLR. Dorénavant, un membre du groupe Rohde & Schwarz, à savoir INRADIOS, travaille au développement de la technologie ICARUS en étroite collaboration avec l'institut Max Planck (MPIAB). Rohde & Schwarz est responsable de la fabrication des radios.

La balise ICARUS est à peine plus grosse qu'une pièce d'un centime d'euro. Une radio portable spéciale a été nécessaire pour lire entièrement les données en mémoire. Cette radio peut être utilisée pour contrôler les balises dans un rayon de quelques kilomètres, afin de transmettre leurs données. La radio transmet les données via WLAN vers un smartphone ou une tablette qui est utilisé pour le fonctionnement actuel.

Garder un œil sur les animaux

La condition la plus importante pour un transmetteur animal viable (balise), est que les espèces étudiées puissent tolérer le transport de la balise. Comme recommandé par les comités d'éthiques, la balise ne devait pas excéder 3 % du poids de l'animal, afin d'éviter d'influencer le comportement de l'animal ou même de le mettre en danger. Comme il était également prévu d'équiper de petits animaux avec les balises, les limites supérieures en termes de taille et de poids ont été très difficiles à respecter. Les traceurs basés sur une radio mobile ou analogique, généralement utilisés à cette époque, ont été écartés pour les animaux pesant moins de 1 kg, signifiant que 75 % des oiseaux et des mammifères ne pourraient pas être étudiés. Le merle a été sélectionné par le MPIAB comme animal de référence, du fait du focus réalisé à long terme sur cet oiseau chanteur dans le cadre d'un programme d'observation. Les prototypes de la balise ICARUS ont été testés de préférence sur ces oiseaux en apparence familiers – mais dont le comportement migratoire soulève encore des questions auxquelles seule une surveillance continue pourrait répondre. Pesant 4,5 g, la version la plus légère de la balise est juste assez légère pour le merle, à condition que son utilisation soit limitée aux spécimens mâles adultes. Pour toutes les autres espèces devant être équipée avec un transmetteur, conformément à la planification actuelle d'ICARUS, la recommandation est facilement respectée.

Petite ou grande échelle: les migrations animales peuvent être suivies pour n'importe quelle destination – comme on peut le voir dans cet exemple depuis la Polynésie.

Petite ou grande échelle : les migrations animales peuvent être suivies pour n'importe quelle destination – comme on peut le voir dans cet exemple depuis la Polynésie.

En plus des technologies radio et de localisation, les balises contiennent plusieurs capteurs, ainsi qu'une mémoire suffisante permettant de stocker les données relatives au déplacement et environnementales pour un seul animal, au cours de vie entière (voir le boîtier sur la page suivante). Jusqu'à 20 ensembles de données de position sont transmises vers l'ISS au cours de chaque survol, ce qui généralement se produit quotidiennement, mais qui peut ne produire tous les trois jours à des latitudes plus élevées. La quantité limitée de données est due à la courte fenêtre de contact de l'ordre de 15 secondes (dont 3 secondes sont utilisées pour la transmission et la faible bande passante de la liaison radio. Le fait qu'une radio miniature dotée de seulement six milliwatts de puissance de transmission puisse communiquer avec un satellite est en lui même quelque chose d'extraordinaire. Cela est rendu possible par les grandes antennes haute performance de l'ISS, ainsi que la technologie radio sophistiquée.

Les balises utilisent les données d'horodatage de l'ISS transmises régulièrement, ainsi que leur propre position, afin de calculer la prochaine période de contact. Elles se préparent à recevoir et à transmettre au cours de la fenêtre temporelle calculée, mais restent la plupart du temps en mode veille pour économiser de l'énergie. En se basant sur les données de suivi émises régulièrement, qui sont compilées dans une base de données chez movebank.org, les chercheurs ont déjà recueilli des informations très intéressantes (Figs. 2 et 3). Cependant, un autre composant est nécessaire pour accéder à l'ensemble des données accumulées par les balises, incluant les données environnementales. Les oiseaux migratoires ne se déplacent pas en permanence. Au lieu de ça, ils restent de longues périodes dans leurs habitats naturels d'hivernage et d'été. Pour la plupart des autres espèces, le rayon de déplacement est clair. Cela permet aux biologistes de les observer dans leurs habitats et de prendre contact avec eux en utilisant une radio portable ICARUS. Une liaison radio plus stable et rapide peut être configurée sur terre, qui couvre une distance de quelques kilomètres, permettant alors des relevés utiles de la mémoire de la balise sans pression de temps.

Il ne reste qu'environ 50 000 spécimens de la barge Hudsonienne dans le monde. Cet oiseau vole sans arrêt du Chili vers l'Amérique du Nord, pendant une période d'une semaine avant d'aller vers le Canada. ICARUS fournit des données détaillées relatives à ses trajets de migration et ses zones d'arrêt. Le projet est appuyé par des biologistes Chiliens.

Il ne reste qu'environ 50 000 spécimens de la barge Hudsonienne dans le monde. Cet oiseau vole sans arrêt du Chili vers l'Amérique du Nord, pendant une période d'une semaine avant d'aller vers le Canada. ICARUS fournit des données détaillées relatives à ses trajets de migration et ses zones d'arrêt. Le projet est appuyé par des biologistes Chiliens.

En combinant différents types de capteurs de données avec des informations précises de positionnement, les chercheurs obtiennent de nouvelles informations complètes sur les conditions de vie et le comportement des animaux – en particulier si les données climatiques en environnementales extérieures peuvent être intégrées. Une fois que quelques milliers "d'oiseaux ICARUS" volent, ils peuvent être utilisés comme drones météorologiques afin de fournir des données au système de surveillance météorologique mondial. Cependant, cela nécessiterait une mise à jour de la technologie de transmission avec des satellites supplémentaires en orbite. Quoiqu'il en soi, il s'agit de l'objectif que Wikelski s'est fixé. L'exploitation de l'ISS est uniquement garantie que jusqu'en 2025. Si les pays responsables de son fonctionnement ne peuvent s'entendre sur la suite, il se pourrait que des satellites ICARUS autonomes prennent la place de l'ISS. Bien que le financement soit un réel défi, la MPIAB refuse de se résigner – surtout vis à vis des autres obstacles que ce projet a déjà surmonté.

Équilibrer les différents intérêts

Les balises sont conçues pour une longue durée de vie car elles sont prévues pour fonctionner au cours de la vie entière de l'animal et permettent même une réutilisation. En principe, il s'agit d'une caractéristique souhaitable. Cependant, cela peut devenir un problème si la balise reste dans une contrée sauvage après le décès de l'animal. Les composants électroniques ne se désagrègent pas. Des mécanismes ont donc été implémentés pour localiser plus facilement et récupérer les balises usagées. Lorsqu'une balise ne se déplace plus, sa position GPS devient stable. La radio portable peut être utilisée pour basculer la balise en mode ping, afin qu'elle fonctionne comme un émetteur. Ainsi, la balise peut être facilement localisée avec la radio. En plus, la balise attire l'attention avec une DEL clignotante. Au cas où un tiers trouve la balise avant nous, une adresse de contact est indiquée à l'arrière de celle-ci. On espère que sur la base de ces mesures prises, la grande majorité des balises utilisées retrouvera son chemin jusqu'au MPIAB. L'institut prête une attention toute particulière à ce problème. Ses scientifiques croient en protection des écosystèmes mondiaux et c'est également notre devoir de professionnels. Si le projet ICARUS prend de l'ampleur, il sera essentiel de réévaluer le projet par rapport aux problèmes de durabilité. Les composants électroniques organiques sont encore loin d'être commercialisés. Pourtant, les développeurs pourraient proposer quelques autres idées. Maintenant que ICARUS a pris son envol, il s'agit de renforcer le système et de l'utiliser pleinement aux fins prévues.

Transmetteur animal (balise)

  • Poids : < 5 g, en fonction de la taille de la batterie
  • Longueur d'antenne : 20 cm (radio) et 7,5 cm (GNSS)
  • Capteurs : champ magnétique, accélération, température, humidité, pression
  • Mémoire : 512 Mb
  • Capacité batterie : 70 / 60 / 45 mAh
  • Cellule solaire GaAs (technologie de pointe actuellement)
  • Puissance d'émission : 6 mW
  • Fréquence d'émission : 402,25 MHz, bande passante 1,1 MHz
  • Fréquence de réception : 468,1 MHz
  • Ensemble de données émises : 223 bytes / contact ISS

Quelques projets ICARUS en cours et planifiés

Migration mondiale des oiseaux chanteurs – Des milliards d'oiseaux chanteurs migrent entre les continents deux fois par an. Les oiseaux chanteurs sont précieux pour l'écosystème, mais leur nombre a baissé de 30 % sur les 20 dernières années. Le moyen de les protéger n'est pas clairement défini – c'est pourquoi il faut en apprendre plus sur leurs conditions de vie.

Comprendre les années perdues – La période la plus difficile pour la plupart des animaux est celle correspondant au moment où ils quittent leur lieu de naissance. Pour de nombreuses espèces, les jeunes animaux disparaissent des écrans radar des biologistes pendant des années. ICARUS pourrait aider à combler ce manque de connaissance. Le focus se porte sur les mammifères, ainsi que sur les tortues et les oiseaux marins.

Des animaux pour protéger des animaux – Les rangers sont importants pour la protection des animaux sauvages car ils peuvent garder les braconniers à distance. Pourtant ils ne peuvent pas être partout à la fois, les animaux le peuvent. En se basant sur leur comportement collectif, il est possible de tirer des conclusions sur la présence de prédateurs ou de braconniers, permettant ainsi aux rangers de se déployer si nécessaire.

Le déplacement des communautés humaines / animales – Depuis des millénaires, les humains ont voyagé avec certains cheptels d'animaux. Ces migrations jointes peuvent encore être observées dans certains endroits reculés. Qui dirige et qui apprend de l'autre ? Les chercheurs se préparent à étudier ces questions au Bhoutan (Himalaya), dans la région sud du Sahel, en Bolivie et dans l'extrême Arctique.

Prévision pandémique – Comme l'habitat de nombreux animaux est de plus en plus menacé, la fréquence et l'intensité des contacts entre les humains et la faune augmentent. Des agents pathogène peuvent donc se croiser entre les espèces. La COVID-19 est suspectée d'être entrée en contact avec la population humaine de cette manière. Dans le règne animal, les suspects habituels sont les "chauve-souris". Pourtant, ce ne sont que des intermédiaires. ICARUS pourrait aider à identifier les sources originelles de maladies.

Déplacement des oiseaux côtiers et des oiseaux de mer – De nombreux oiseaux côtiers servent de lien entre les hémisphères terrestres. Durant leurs longs voyages, ils comptent sur les régions côtières pour se nourrir. Pourtant, les régions adaptées deviennent de plus en plus rares à cause de l'omniprésence des humains. Où des zones protégées pourraient-elles être établies ? Les oiseaux de mer sont parmi les espèces les plus éparpillées. Quelles régions maritimes préfèrent-elles ? Comment naviguent-elles ? Comment dorment-elles ? Les oiseaux de mer sont également adaptés à la surveillance des phénomènes climatiques tel qu'El Niño. Ils peuvent mesurer en permanence les vents, la salinité, ainsi que les courants océaniques, et fournir des informations à propos de l'endroit où le prochain typhon ou tornade se formera.

Prof. Dr. Martin Wikelski

"Pour nous en tant que scientifiques, de nouveaux et excitants constats sont tout ce qui compte vraiment. Après le grand succès technique d'ICARUS, nous avons immédiatement commencé à travailler avec nos partenaires Russes et internationaux pour équiper des animaux dans le monde entier avec des transmetteurs et déployer les balises ICARUS. Chaque jour compte pour nous."

Prof. Dr. Martin Wikelski