Les scientifiques introduisent les forêts dans l'Internet des objets

Les scientifiques introduisent les forêts dans l’Internet des objets

Les forêts ont une relation complexe avec le changement climatique. D’une part, ils absorbent le carbone atmosphérique, proliférant même au milieu des changements climatiques. D’autre part, ils peuvent subir un stress thermique plus élevé, dégradant leur capacité de puits de carbone et leur résistance à la sécheresse. Avec un financement de quelque 10,5 millions de dollars de la Fondation allemande pour la recherche, des scientifiques européens vont maintenant équiper les forêts de nouveaux capteurs pour mieux comprendre comment les forêts sont affectées par le changement climatique.

En mélangeant la science forestière avec la technologie Internet des objets (IoT), les drones et d’autres appareils, EcoSense tentera de faire la lumière sur les effets du changement climatique sur les interactions entre les plantes, le sol et l’atmosphère. Ces interactions varient selon les espèces, l’emplacement et le peuplement forestier, ce qui fait référence à des collections d’arbres dans une forêt qui sont assez uniformes en termes d’âge, de taille, de distribution et d’autres facteurs. L’initiative EcoSense apportera de nouvelles technologies à la surveillance des forêts à la suite d’efforts tels que la forêt câblée de l’Université de Harvard.

“Nous ne comprenons pas quand et pourquoi les extrêmes climatiques comme les vagues de chaleur ou les sécheresses poussent des arbres isolés ou des parcelles forestières au-delà de leurs points de basculement.”

Plus précisément, le projet étudiera les processus abiotiques et biotiques d’échange de carbone forestier et d’eau, la façon dont l’écosystème réagit aux facteurs de stress environnementaux, permettant la prédiction des changements basés sur les processus dans la fonction et la durabilité de l’écosystème, selon un plan de projet. Les données du réseau de capteurs en temps réel seront transférées vers une base de données pour analyse et modèles de simulation d’apprentissage en profondeur afin de générer des prévisions à court et moyen terme.

« Le changement climatique a déjà un impact énorme sur les écosystèmes forestiers. Nous constatons une augmentation de la mortalité des arbres dans le monde », a déclaré Christiane Werner, professeur de physiologie des écosystèmes à l’Institut des sciences de la Terre et de l’environnement de l’Université de Fribourg, soulignant les effets de la sécheresse européenne de 2018 sur les arbres. “Actuellement, nous avons des modèles bien établis pour prédire le fonctionnement global de l’écosystème dans des conditions non stressées, mais nous ne comprenons pas quand et pourquoi les extrêmes climatiques comme les vagues de chaleur ou les sécheresses poussent des arbres isolés ou des parcelles forestières au-delà de leurs points de basculement.”

Internet des objets boisés

L’équipe de recherche instrumentera plusieurs hectares vallonnés de la Forêt-Noire dans le sud-ouest de l’Allemagne, couvrant des peuplements de hêtres purs, d’épicéas purs et d’arbres mixtes. Les changements induits par le climat dans la forêt peuvent avoir des répercussions plus larges ; la forêt est d’une importance économique et touristique pour l’Allemagne, célèbre pour ses fermes traditionnelles, ses horloges à coucou et son jambon et son gâteau éponymes.

La trousse à outils EcoSense pourrait inclure du dioxyde de carbone (CO2) capteurs, drones équipés de caméras et autres appareils. L’équipe déploiera dans un premier temps des dispositifs disponibles dans le commerce puis, à partir de 2024, les remplacera par des microcapteurs nouvellement développés, dont certains seront autonomes en énergie, selon Ulrike Wallrabe, professeur au Département d’ingénierie des microsystèmes de l’Université de Fribourg.

“Nous voulons mesurer les flux d’eau, de CO discriminé par les isotopes2 et les composés organiques volatils et les marqueurs de stress, principalement l’efficacité photosynthétique par la fluorescence de la chlorophylle des sols jusqu’à l’atmosphère », a déclaré Wallrabe. “Le réseau de capteurs comprendra de nouveaux capteurs compacts et, dans la mesure du possible, autonomes en énergie qui seront développés dans le cadre du projet.”

Daniel Kneeshaw, chercheur sur les forêts et les changements climatiques à l’Université du Québec à Montréal qui n’est pas affilié à EcoSense, a déclaré que le projet examine des paramètres intéressants qui devraient être utiles à une grande variété de chercheurs.

“Comme le suggèrent les chercheurs, ce qui se passe à l’échelle cellulaire lorsqu’il est mis à l’échelle peut avoir des impacts profonds sur toutes les régions”, a déclaré Kneeshaw, ajoutant qu’il voulait savoir comment les données EcoSense seront mises à l’échelle. « Une meilleure compréhension des mécanismes nous aidera à mieux nous préparer aux changements futurs. Avoir de tels réseaux à travers le monde et faire parler les scientifiques des différents réseaux [about them] conduira à des résultats et des interprétations encore plus robustes.

Le projet EcoSense vise à commencer à publier des études en 2023, mais certains groupes qui lui sont affiliés ont déjà commencé à publier des résultats. Par exemple, un groupe comprenant Werner a publié un article sur un fluoromètre de chlorophylle autonome sans fil qui mesure l’efficacité de la photosynthèse chez les plantes. Avec une portée de 10 kilomètres, le nouvel appareil peut être fixé n’importe où sur un arbre et est de faible puissance et relativement peu coûteux.

En plus de son financement initial de 4 ans, EcoSense dispose d’une option de deux extensions de 4 ans pour acquérir une perspective à long terme. Les chercheurs attendent beaucoup de résultats significatifs.

« Notre particularité est l’alignement unique de la recherche sur les écosystèmes avec la technologie des microsystèmes. Les principes de détection autonome distribuée ouvriront une nouvelle porte pour la recherche sur les écosystèmes », a déclaré Werner. « Nous obtiendrons une couverture sans précédent à toutes les échelles, à la fois au niveau spatial, de la feuille à la forêt, ainsi que dans une dimension temporelle, des minutes aux années, des processus et des interactions à l’origine des flux de carbone et d’eau, y compris des marqueurs de stress aussi volatils. composés organiques et fluorescence de la chlorophylle.

—Tim Hornyak (@robotopia), écrivain scientifique

Citation: Hornyak, T. (2022), Les scientifiques introduisent les forêts dans l’Internet des objets, Éos, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO220368. Publié le 1er août 2022.
Texte © 2022. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
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