Protéger la biodiversité en écoutant les insectes

Alors que le changement climatique reste l’un des principaux problèmes auxquels l’humanité est confrontée, d’autres défis, potentiellement plus dévastateurs encore, se profilent à l’horizon. L’un de ces dangers est la perte de biodiversité, qui menace les fondements mêmes de la Terre et qui est presque criminellement sous-estimée.

Selon le biologiste américain E.O. Wilson : « Si toute l’humanité disparaissait, le monde se régénérerait pour retrouver le riche état d’équilibre qui existait il y a dix mille ans. Si les insectes disparaissaient, l’environnement s’effondrerait dans le chaos ».

Les insectes jouent un rôle essentiel dans pratiquement tous les écosystèmes du monde. Ce sont des pollinisateurs qui assurent la pérennité de la vie végétale, de la nourriture pour les animaux et même pour les plantes, des recycleurs de déchets morts, des gardiens de la santé des sols, et bien d’autres choses encore. Compte tenu de leur incroyable importance pour notre écosystème, il est donc urgent de déterminer le rythme auquel les populations d’insectes diminuent en raison de l’activité humaine.

« Jusqu’à présent, la protection des insectes a fait l’objet de beaucoup moins d’efforts que d’autres efforts de conservation, explique Elaine van Ommen Kloeke, de Naturalis. Bien que toutes ces initiatives soient importantes et méritoires, il est essentiel que nous comprenions mieux les changements, positifs ou négatifs, que les différentes espèces d’insectes ont subis ces dernières années. Pour ce faire, il faut d’abord être en mesure de suivre et d’identifier efficacement le plus grand nombre possible d’entre elles ».

Voici Arise, une collaboration entre Naturalis, l’Institut pour la biodiversité et la dynamique des écosystèmes de l’université d’Amsterdam, l’Institut de biodiversité fongique de Westerdijk et l’université de Twente. Cette initiative vise à permettre la reconnaissance de n’importe quelle espèce naturelle dans n’importe quel endroit en se basant sur l’ADN, les capteurs et la technologie de l’intelligence artificielle. En outre, d’ici à 2030, elle rassemblera en un seul endroit les informations relatives à la biodiversité de toutes les espèces des Pays-Bas, après quoi une grande quantité de données sera facilement accessible d’un simple clic. Ce faisant, le projet permettra aux défenseurs de l’environnement de suivre plus facilement les populations d’insectes.

« Nous ne pouvons pas toujours voir ou entendre les insectes et il y a tellement d’espèces qu’il est difficile de les surveiller, explique Dan Stowell, de Naturalis. Sans savoir où se trouvent ces populations et quel est leur nombre, il est extrêmement difficile de les protéger. Nous avons donc utilisé l’apprentissage automatique pour identifier les insectes à partir d’enregistrements audio. Toutefois, il s’agit d’un travail en cours. La reconnaissance automatique de la parole humaine a mis des décennies à devenir aussi performante qu’elle l’est aujourd’hui, et pour les insectes, nous avons besoin que la précision de l’identification automatique rattrape le plus possible son retard pour qu’elle soit prête à être déployée ».

Explorer diverses options d’apprentissage machine

Grâce à son expertise, aux données disponibles et à ses connaissances en matière d’IA, Naturalis était le candidat idéal pour le 2023 Global Data Science Challenge (GDSC), un hackathon collaboratif organisé chaque année par Capgemini et alimenté par les services d’apprentissage machine (ML) d’AWS, tels qu’Amazon Sagemaker, dans le cadre duquel chaque employé de l’entreprise a la possibilité de développer et d’exploiter son expertise en matière de données et d’IA pour résoudre un problème du monde réel.

« En tant que leader mondial des données et de l’IA, Capgemini a la responsabilité d’appliquer son expertise à des scénarios concrets qui peuvent contribuer à créer un monde plus durable et à générer des avantages tangibles pour notre société, a déclaré Niraj Parihar, directeur général du secteur d’activité mondial Savoir et données chez Capgemini et membre du Comité exécutif du Groupe. Grâce à notre Global Data Science Challenge, nous donnons aux membres de nos équipes les moyens de résoudre des problèmes concrets d’une importance vitale pour nous tous. Les insectes jouent un rôle central dans notre écosystème mais sont incroyablement difficiles à surveiller pour les humains. Écouter et identifier les espèces d’insectes est essentiel pour les préserver ».

Tout au long de l’événement, plus de 1 500 participants ont formé plus de 400 équipes, qui ont ensuite reçu les ressources nécessaires pour développer et tester leurs propres solutions. En s’appuyant sur cinq heures d’enregistrements de 66 espèces d’insectes différentes, chaque équipe a tenté de construire une IA capable d’identifier les espèces qu’elle entendait.

« Chaque GDSC est une occasion unique et passionnante de voir ce que les différentes équipes peuvent faire et les différentes façons dont elles utilisent la technologie, déclare Eliza Robinet Duffo, AWS. Cette année, nous avons vu une grande variété de solutions différentes et réussies! Chacune des meilleures équipes a utilisé une approche différente et a connu un grand succès. C’était l’une de nos compétitions les plus serrées et les perspectives d’avenir sont fantastiques! »

Simplifier les efforts de conservation axés sur les insectes

À la fin de la compétition, le rendement* (moyenne macro de la note F1) s’est amélioré, passant de 76 % à 92 %. Bien qu’il s’agisse d’une étape importante en soi, elle ne représente pas la limite de ce qui a été accompli. Après la conclusion du GDSC, l’ensemble des résultats a été publié, permettant à d’autres organisations et équipes de reprendre le flambeau là où le défi s’est arrêté. Cependant, Naturalis, Arise, Capgemini et AWS continueront à développer la solution gagnante.

« Nous ne cherchons pas à accaparer cette technologie pour nous seuls. La préservation de la biodiversité doit être un effort généralisé, il est donc important de continuer à explorer de multiples pistes”, explique M. Van Ommen Kloeke. En publiant les résultats, nous donnerons à d’autres la possibilité d’adopter les solutions incroyablement intéressantes qui n’ont pas été retenues en fin de compte. Toutes nos meilleures options avaient un potentiel incroyable et nous sommes impatients de voir ce que d’autres peuvent faire avec l’apprentissage automatique pour protéger nos populations d’insectes ».

En conséquence, l’événement a permis à Naturalis et à d’autres organisations de continuer à améliorer l’efficacité de l’apprentissage automatique lors de l’identification des enregistrements d’insectes. À l’avenir, cette technologie sera perfectionnée de manière à pouvoir être utilisée pour analyser des enregistrements naturalistes comprenant tous les sons de la vie quotidienne. Cela permettra aux organisations de défense de la biodiversité d’étendre les capacités de la technologie numérique pour soutenir les efforts de conservation.

« Vous savez, c’est le plus grand GDSC que nous ayons jamais eu en termes de participation, décrit M. Parihar. Cela montre à quel point les gens attachent de l’importance à des initiatives telles que celle-ci. Ce défi et sa réussite constituent la prochaine étape vers un avenir meilleur, dans lequel les insectes seront protégés plus efficacement. Cela signifie qu’il faut aller au-delà des Pays-Bas et reproduire la solution dans le monde entier! »