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L’intelligence artificielle au service de l’environnement

La reconnaissance par image pourrait faciliter la recherche et familiariser le grand public à la biodiversité.

Prise de vue sous l'eau d'un fou de Bassan attrapant sa proie.

Des algorithmes sont entraînés à reconnaître les différentes espèces de poissons, dont le hareng, le capelan, le maquereau, le lançon et le sébaste.

Photo : Centre de recherche et développement en intelligence numérique de Matane

Avec l’accélération des bouleversements subis par les écosystèmes partout à travers le monde, les chercheurs sont dans une véritable course pour documenter des environnements menacés, tout en sensibilisant la population au destin de nombreuses espèces.

Pour y parvenir, on a multiplié l’utilisation des caméras de plus en plus petites, capables de produire une énorme quantité de matériel vidéo qui documente le comportement de milliers d’espèces.

Alors que les données visuelles s’accumulent à un rythme effréné, les chercheurs se tournent de plus en plus vers l’intelligence artificielle pour les aider à faire le tri. C’est un des aspects abordés lors d’un colloque sur les applications de l’intelligence artificielle aujourd’hui, au 88e congrès de l'Association francophone pour le savoir (Acfas).

La surveillance vidéo et l’intelligence artificielle nous permettent d’obtenir une foule d’information sur les écosystèmes marins difficiles à étudier, comme ceux dans l’est du Canada, explique David Pelletier, professeur-chercheur en biologie au cégep de Rimouski.

À la caméra, le fou de Bassan

Le scientifique est un des responsables des projets Fou Numérique et ReCAPP, deux études qui font appel à un caméraman hors du commun : le fou de Bassan.

Cet oiseau est un excellent indicateur de ce qui se passe dans le golfe du Saint-Laurent. Grâce à lui, on peut obtenir des informations sur les poissons qu’il consomme, dont plusieurs sont des espèces qui ont un énorme rôle, tant écologique qu’économique.

Une citation de :David Pelletier, professeur-chercheur en biologie au cégep de Rimouski

Pour étudier des poissons comme le maquereau et le hareng, les chercheurs ont équipé les fous de Bassan de trois appareils : un GPS, un consignateur de plongée et une caméra vidéo. Cela permet de générer des cartes des principales zones de pêche de cet animal, de la profondeur à laquelle il descend à différents moments de la journée, et d’obtenir des images des poissons consommés.

C’est pour ce dernier élément qu’intervient l’intelligence artificielle. Concevoir un algorithme capable d’identifier une multitude de poissons dans des conditions visuelles parfois difficiles n’était pas simple.

Le nerf de la guerre pour développer des systèmes de reconnaissance d’image, ce sont les données, explique Olivier Leclerc, du Centre de développement et de recherche en intelligence numérique. Rapidement, on a réalisé qu’il y avait très peu d’images disponibles pour entraîner notre algorithme à différencier les espèces marines qu’on retrouve dans le Saint-Laurent.

Un logiciel de reconnaissance artificielle a été utilisé par David Pelletier du Cégep de Rimouski pour la classification de poissons de l'estuaire du Saint-Laurent.

Un logiciel de reconnaissance artificielle a été utilisé par David Pelletier du Cégep de Rimouski pour la classification de poissons du Saint-Laurent.

Photo : David Pelletier

Après de longues recherches, les scientifiques ont tout de même réussi à obtenir le matériel nécessaire pour entraîner leur intelligence artificielle à reconnaître cinq espèces clés : les harengs, les capelans, les maquereaux, les lançons et les sébastes. Le tout avec un succès d’environ 80 %.

Même s’il y a encore place à l’amélioration, le système permet de détecter des poissons et de repérer différents moments dans des vidéos où il est possible de les observer. Le tout est assez simple pour que même des chercheurs sans connaissances en intelligence artificielle puissent utiliser notre algorithme et vérifier les espèces identifiées.

Une citation de :Olivier Leclerc

Pour les chercheurs, les besoins grandissants en imagerie pour l’étude des écosystèmes font que la plateforme qu’ils ont développée pourrait servir de base afin de faciliter le processus de reconnaissance et d’analyse de différentes espèces marines.

Jusqu’à maintenant, le projet se déroule bien, mais l’été prochain, notre objectif est d’avoir un plus grand nombre de vidéos et d’en tirer plus d'activités pédagogiques tant pour éduquer que pour mettre en lumière des caractéristiques inconnues de ces écosystèmes, conclut Daniel Pelletier.

Apprendre à connaître… et apprécier

Au-delà de la quête de nouvelles informations, les chercheurs peuvent aussi utiliser l’image pour sensibiliser la population face au déclin d’espèces qui n’attirent généralement pas beaucoup de sympathie.

Si on veut pousser le public à développer une forme d’empathie envers une espèce vivante, c’est d’abord en apprenant à les nommer, explique André-Philippe Drapeau Picard, de l’insectarium de Montréal.

Le spécialiste s’intéresse entre autres au déclin inquiétant qui touche de nombreuses espèces d’insectes depuis des décennies. Pour lui, si on veut sensibiliser le public envers diverses mesures de protection pour les invertébrés, il est d’abord important de développer une relation avec ce qu’on observe.

On connaît les papillons et les abeilles, mais pour le reste, certains voient les insectes comme un grand groupe uniforme. Ces êtres vivants sont méconnus, car ils possèdent une très grande diversité, ce qui réduit leur appréciation par le grand public.

Une citation de :André-Philippe Drapeau Picard

C’est dans cette optique qu’est né le projet de développer une application de reconnaissance d’insectes, qui sera utilisée dans le grand vivarium du nouvel insectarium de Montréal, dont l’ouverture est prévue à l’automne prochain. En utilisant cette application, les visiteurs pourront prendre des photos de divers insectes avec leur cellulaire et, rapidement, obtenir des informations sur l’espèce photographiée.

L’application n’a toutefois pas été simple à concevoir. Les insectes peuvent être très difficiles à identifier, car certains ont des apparences très similaires. L’algorithme que nous avions comme preuve de concept pouvait atteindre une précision de 82 % sur une banque de 150 insectes, ajoute M. Drapeau Picard. Il espère avoir une précision de 75 % pour la version 2, qui aura en banque 257 espèces présentées dans le vivarium.

Une maquette du projet.

Le Grand vivarium de verre permettra d'observer des insectes, dont des papillons en liberté, à l'année.

Photo : Kuehn Mavezzi, Pelletier De Fontenay, Jodoin Lamarre Pratte architectes, Dupras Ledoux et NCK.

Même si l’application ne fonctionnera pas en dehors des murs de l’insectarium, M. Drapeau Picard espère que les connaissances acquises par les visiteurs leur seront utiles dans le monde extérieur.

Ce qu’on veut, c’est faire réaliser au public qu’on n’a pas besoin d’être un expert pour observer des insectes dans la nature. On veut que nos expositions les poussent à se diriger vers d’autres plateformes de science participatives, comme iNaturaliste ou eButterfly, en plus d’améliorer leurs connaissances sur l’environnement.

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