Le Mamba : Un bras robotique basé sur un drone pour préserver les plantes menacées dans les environnements de falaises
Solution complète
Collecteur de mamba Lysimachia iniki
Outreach Robotics
Les îles tropicales abritent des flores uniques et un grand nombre d'espèces végétales endémiques. Les menaces ont entraîné une diminution importante de la population à Hawaï, où 97 % de ces espèces de plantes endémiques sont classées comme étant en danger, en danger critique d'extinction ou éteintes. Les habitats des falaises verticales servent de refuges pour protéger les plantes de ces menaces. Cependant, ces habitats rendent le travail de conservation particulièrement difficile, obligeant les botanistes à utiliser des méthodes risquées et fastidieuses, comme la descente en rappel, pour accéder à des populations de plantes éloignées. Nous avons développé le Mamba, le premier système aérien capable de prélever des échantillons de plantes sur les falaises. Ce système a permis la collecte de graines de nombreuses espèces gravement menacées, dont Hibiscadelphus woodii, ainsi que la découverte récente d'une nouvelle espèce : Schiedea waiahuluensis. Les collections de conservation réalisées grâce à cet outil prospèrent dans les pépinières, démontrant l'impact sur le cycle de conservation des organismes situés dans des environnements difficiles d'accès, et les actions nécessaires pour prévenir l'extinction des plantes.
Dernière modification 31 Oct 2025
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Contexte
Défis à relever
L'extinction des plantes s'accélère avec l'augmentation de la pression humaine, le changement climatique et l'envahissement des espèces invasives. Les écosystèmes de falaises offrent une certaine protection contre ces menaces, mais la nature verticale de ces habitats rend difficile la documentation et la conservation de la biodiversité qui s'y trouve. De nombreux écosystèmes de falaises ont été inexplorés ou sous-explorés, laissant des zones d'ombre botaniques où l'on sait très peu de choses. Une première étape cruciale dans la conservation et la protection des écosystèmes est la connaissance de base de l'habitat et de ses composants. Sur le plan social, le manque de connaissances limite l'engagement et la sensibilisation des communautés, en particulier dans les régions isolées ou protégées. D'un point de vue économique, les méthodes inefficaces ou obsolètes d'étude de ces habitats augmentent les coûts et réduisent l'efficacité des stratégies de conservation.
Emplacement
Kauai, Hawaï, États-Unis
Réunion
Madère, Portugal
États fédérés de Micronésie
Afrique de l'Est et du Sud
Europe de l’Ouest et du Sud
Océanie
Traiter
Résumé du processus
Les drones changent la façon dont nous conservons les plantes endémiques rares des falaises. Ils nous permettent de recenser et de cartographier efficacement les espèces végétales en danger critique d'extinction, puis de collecter les plantes pour les transférer rapidement à notre pépinière de conservation en vue de leur propagation.
Blocs de construction
Enquête par drone : localisation, cartographie et inventaire des populations de plantes isolées
Les drones ont joué un rôle déterminant dans la première étape de l'évaluation de la flore des falaises. En utilisant des drones pour obtenir des points de vue uniques sur ces environnements, nous pouvons maintenant cartographier la distribution et l'abondance des espèces endémiques des falaises en danger critique d'extinction et accélérer leur conservation. Des études sur le terrain ont été menées à Hawaï, dans la République de Palau et à Madère (Portugal), avec des résultats extrêmement positifs.
Facteurs favorables
Avec l'amélioration et le progrès de la technologie des drones, cette méthode d'étude est devenue accessible à un grand nombre de praticiens de la conservation. Les capteurs de caméra à haute résolution permettent d'identifier toute une série de plantes, des grands arbres aux petits organismes herbacés. Grâce à l'augmentation de la capacité des batteries, les pilotes de drones peuvent désormais espérer effectuer jusqu'à 45 minutes d'étude en un seul vol. Les améliorations apportées aux logiciels rendent les drones sûrs et efficaces pour les débutants, ce qui favorise l'adoption de cette technologie par les praticiens de la conservation. Plus important encore, les drones étant devenus plus largement disponibles, les coûts associés ont été réduits, ce qui en fait un outil extraordinaire pour toute une série d'applications.
Leçon apprise
Les drones sont des outils efficaces pour localiser et inventorier les espèces en danger critique d'extinction, en particulier dans les environnements difficiles d'accès comme les falaises ou les canopées d'arbres. L'évaluation des habitats des falaises sera essentielle pour la conservation des espèces dans ces zones, car les connaissances de base sur la présence des espèces peuvent guider les actions de conservation et aider à établir des priorités en matière de protection des paysages.
Collecte par drone : Utilisation d'un bras robotisé basé sur un drone pour collecter des plantes inaccessibles
L'outil Mamba nous permet de collecter du matériel végétal sous forme de graines ou de boutures d'espèces menacées que nous avons identifiées et cartographiées dans le bloc de construction précédent. Cet outil a une portée efficace de plus de 1000 m, ce qui permet de prendre des mesures de gestion même dans les zones les plus inaccessibles.
Facteurs favorables
Le développement de cet outil par des ingénieurs en robotique expérimentés a permis d'accélérer la conservation de nombreuses espèces par le personnel de terrain du National Tropical Botanical Garden et les partenaires du Plant Extinction Prevention Program. Le Mamba est doté d'un système de tête interchangeable qui permet de personnaliser la collecte en fonction de l'espèce ciblée et du type de matériau nécessaire à la conservation. De nombreux composants de ce mécanisme sont imprimés en 3D, ce qui est rentable et flexible pour des processus de développement rapides. Le Mamba est construit avec des composants de drone facilement disponibles, ce qui réduit également le coût et le temps de construction. Le développement de cet outil a été entrepris par des étudiants en doctorat et intègre des solutions matérielles et logicielles de pointe spécialement conçues pour cette application.
Leçon apprise
Lorsqu'on entreprend un projet de ce type, il est essentiel d'associer le personnel de terrain expérimenté à des ingénieurs en robotique professionnels, car les deux parties fournissent des informations cruciales pour guider à la fois le développement et les considérations de conservation efficace. Il convient de noter que le processus de développement a été itératif, ce qui a permis de tester et de réviser la conception et, en fin de compte, de déployer un outil qui fonctionne bien et qui est très utile.
Propagation des plantes : efficacité accrue grâce à des techniques de collecte améliorées
Une fois les plantes collectées, elles sont transférées à notre pépinière de conservation pour être multipliées, ou à notre laboratoire de semences pour les tests de viabilité et le stockage. Nous constatons que ces méthodes sont de plus en plus efficaces, les graines et les boutures fraîchement collectées étant rapidement mises à la disposition de notre personnel. Comme beaucoup de ces plantes individuelles n'étaient pas connues auparavant, ces actions renforcent la diversité génétique des collections ex-situ, offrant un lieu sûr face à la dégradation de l'environnement.
Facteurs favorables
Auparavant, les botanistes devaient escalader les falaises éloignées où se trouvent ces espèces, ce qui rendait les collections de conservation difficiles et longues à collecter et à transférer au personnel de la pépinière pour la propagation. Avec le mécanisme Mamba, les collections sont rapidement collectées et transférées à la pépinière.
Leçon apprise
Les boutures fraîches et les graines ont un taux de réussite plus élevé.
Impacts
Au cours des sept dernières années de déploiement de drones pour la documentation et la conservation des taxons des falaises, nous avons considérablement augmenté les populations connues d'au moins 30 espèces de plantes gravement menacées. Dans certains cas, nous avons cartographié de nombreuses plantes individuelles, ce qui a permis de décupler les populations connues de ces espèces. Associé au nouveau bras d'échantillonnage Mamba, nous avons collecté 17 espèces en danger critique d'extinction afin de contribuer à leur conservation. En outre, nous avons décrit une nouvelle espèce (peut-être la première espèce décrite à partir de spécimens collectés par drone) et documenté une série d'autres anomalies botaniques (extensions de l'aire de répartition, signalements d'îles et espèces non décrites).
Bénéficiaires
Jusqu'à présent, le personnel chargé de la conservation et les espèces avec lesquelles nous travaillons ont grandement bénéficié de ce partenariat et du développement de la technologie. L'état de conservation de nombreuses espèces a été amélioré grâce à ce système, ce qui a entraîné une révision des priorités.
En outre, expliquez le potentiel d'évolutivité de votre solution. Peut-elle être reproduite ou étendue à d'autres régions ou écosystèmes ?
Bien que cette technologie ait été déployée efficacement dans quelques chaînes d'îles autour du globe, la communauté mondiale dans son ensemble a la possibilité de s'en emparer et de la déployer dans les régions qui l'intéressent. Ce système est convivial et facile à apprendre pour les pilotes de drones débutants. Les futurs développements logiciels visent à rationaliser davantage le processus de conservation en automatisant la localisation ou la collecte des plantes. Cet outil pourrait être utilisé partout où il y a des falaises. En outre, les habitats difficiles d'accès tels que les écosystèmes de canopée, les forêts tropicales à végétation dense, les îlots au large des côtes ou les habitats alpins délicats pourraient bénéficier de ces outils.
Cadre mondial pour la biodiversité (CMB)
Objectif 1 du GBF - Planifier et gérer toutes les zones afin de réduire la perte de biodiversité
Objectif 4 du GBF - Stopper l'extinction des espèces, protéger la diversité génétique et gérer les conflits entre l'homme et la faune sauvage
Objectif 8 du cadre stratégique pour l'environnement - Minimiser les impacts du changement climatique sur la biodiversité et renforcer la résilience
Objectif 9 du GBF - Gérer les espèces sauvages de manière durable pour le bien de l'homme
Objectif 14 du cadre stratégique pour l'environnement - Intégrer la biodiversité dans la prise de décision à tous les niveaux
Objectif 20 du GBF - Renforcer le développement des capacités, le transfert de technologies et la coopération scientifique et technique en faveur de la biodiversité
Objectif 21 du cadre stratégique pour la biodiversité - Veiller à ce que les connaissances soient disponibles et accessibles pour guider l'action en faveur de la biodiversité
Objectifs de développement durable
ODD 9 - Industrie, innovation et infrastructure
ODD 13 - Mesures relatives à la lutte contre les changements climatiques
ODD 15 - Vie terrestre
ODD 17 - Partenariats pour la réalisation des objectifs
Histoire
Les collections d'Hibiscadelphus woodii sont livrées aux botanistes
Ben Nyberg
L'espèce d'arbre endémique Hibiscadelphus woodii a été initialement découverte et décrite en 1992 et n'était connue que par quatre individus. Peu après, un glissement de terrain a tué trois individus, laissant un seul arbre pour l'espèce. Pendant 18 ans, une multitude d'actions de conservation ont été tentées : coupes, greffes et même pollinisation croisée pour tenter de conserver l'arbre ex situ. L'espèce n'a jamais pu être reproduite et lorsque le dernier arbre est mort en 2009, nous avons pensé que l'espèce était en voie d'extinction.
En 2019, un projet déployant la technologie des drones pour étudier les environnements inaccessibles des falaises dans les régions voisines a permis de retrouver cette espèce ! Malheureusement, les deux individus que nous avons trouvés poussant au milieu d'une falaise de 500 m étaient complètement hors de portée des botanistes sur corde. C'était une découverte passionnante, mais nous étions impuissants à assurer la conservation de l'espèce.
Lorsque les experts en robotique d'Outreach Robotics ont appris cette découverte, nous nous sommes rapidement associés au projet de développement d'un outil basé sur un drone pour aider à collecter des boutures dans les habitats des falaises verticales. Au cours des quatre dernières années, nous avons co-développé, itéré de nouvelles conceptions et testé sur le terrain les mécanismes nécessaires pour rendre ce travail possible. Si la pandémie de COVID-19 a ralenti nos essais sur le terrain, elle a permis de mieux cibler le temps passé en laboratoire et de mettre au point un outil très perfectionné, stable, efficace et prêt pour la mission.
En avril 2024, notre équipe a accédé à la zone reculée de Kauai par hélicoptère, transportant les mécanismes du drone et le personnel de terrain sur place pour effectuer notre collecte. Le drone et le Mamba ont volé à 300 mètres des plantes et ont réussi à collecter des boutures sur les deux individus connus. Ces boutures ont ensuite été transportées à la main par hélicoptère, puis par avion jusqu'à une autre île dotée de chambres de propagation spécialisées, dans le but d'établir ces plantes dans une pépinière. Nous sommes heureux d'annoncer que les boutures se sont enracinées et qu'elles poussent maintenant en toute sécurité ex situ pour la première fois.
Nous avons localisé, collecté et cultivé Hibiscadelphus woodii à l'aide de technologies modernes, et nous espérons avoir empêché l'extinction de cette espèce.
Cette combinaison d'expertise botanique, associée à la technologie des drones et à l'ingénierie de pointe, a changé la façon dont nous travaillons dans ces écosystèmes verticaux éloignés et accidentés.
Connexion avec les contributeurs
Autres contributeurs
Guillaume Charron
Robotique de proximité
Jardin botanique tropical national
Jardin botanique tropical national
Scott Heintzman
Programme de prévention de l'extinction des plantes