Que font les oiseaux la nuit ? C'était une question simple qui a intrigué les scientifiques pendant des centaines d'années. Il y avait des théories farfelues selon lesquelles les oiseaux allaient sous l'eau ou s'immergeaient dans la boue. Au 19ème siècle, une cigogne allemande a été trouvée avec une lance africaine dans le cou, ce qui prouve que les oiseaux ont en fait migré. Et en 1881, un scientifique a observé ces oiseaux migrateurs voler la nuit tout en pointant un télescope vers la lune.
L'observation de la lune pour les oiseaux est restée une science de niche. Cela fonctionne comme la méthode des transits en astronomie, dans laquelle les exoplanètes sont mesurées lorsque leurs silhouettes passent devant une étoile. L'ornithologue George Lowery a commencé à quantifier cela dans les années 1950, organisant des campagnes massives pour collecter des données à l'échelle nationale à partir de ces observations lunaires. Entre le crépuscule et l'aube, l'équipage de Lowery regardait la pleine lune et marquait les voies et les directions de vol et le nombre d'oiseaux qu'ils voyaient. Parce que la technologie était relativement rudimentaire à l'époque, ils ont corrélé le visage de la lune avec un cadran d'horloge circulaire et ont marqué le «temps» (en référence à l'emplacement) auquel l'oiseau est entré et sorti.
"Ce que nous essayons de faire, c'est d'automatiser cela avec notre petit robot", explique Wesley Honeycutt, chercheur associé à l'Université de l'Oklahoma. « Parce que si la technique de Lowery est utile, elle est douloureuse. J'ai tellement regardé la lune ces dernières années."
Honeycutt fait référence à LunAero, que lui et son équipe de l'Université de l'Oklahoma ont créé. Les composants matériels de LunAero impliquent une caméra pour enregistrer des vidéos, un petit ordinateur, une longue-vue et une monture motorisée. Il utilise des techniques simples de vision par ordinateur pour garder la lune au point et se déplacer avec elle. Il peut capter des oiseaux que l'observateur passif pourrait manquer. La monture peut accueillir une grande variété de télescopes, si les ornithologues ou les ornithologues souhaitent apporter le leur.
En plus des enregistrements vidéo, le système génère également un fichier journal contenant des informations sur la durée d'enregistrement, le nombre d'images et les paramètres du capteur de la caméra. L'équipe travaille sur le développement d'un logiciel capable d'analyser les vidéos obtenues de LunAero. Mais pour l'instant, une fois la vidéo collectée, les humains doivent extraire manuellement les images contenant des oiseaux et annoter leurs trajectoires et schémas de vol (par exemple, s'ils volent lentement ou rapidement). Les premiers tests ont été effectués en avril et mai 2018 et 2019, une période de pointe pour la migration des oiseaux.
Les chercheurs ont déjà pu glaner beaucoup d'informations à partir des données dont ils disposent jusqu'à présent. « Cela dépend des conditions et de la hauteur des oiseaux. Il y a certainement des oiseaux que vous pouvez identifier [leur] genre, peut-être [leur] espèce si vous faites des hypothèses sur l'endroit où vous vous trouvez et sur les oiseaux que vous êtes susceptible de voir », explique Eli Bridge, ornithologue et professeur adjoint au Université d'Oklahoma. "Il y a des oiseaux avec des modèles de vol vraiment caractéristiques que vous pouvez repérer - nous pouvons voir des engoulevents monter et descendre. En plus de simplement les compter, vous pouvez obtenir des directions de vol très précises pour eux. Vous pouvez visualiser la dérive du vent.
L'objectif pour l'équipe est d'utiliser cette technique en complément d'autres outils de suivi de la migration des oiseaux tels que l'aéroécologie radar.
"L'aéroécologie radar est cool parce que vous pouvez voir les migrants et comment ils s'envolent d'une ville ou d'un perchoir et comment ils coulent et la hauteur, mais vous ne pouvez pas dire ce que vous regardez", dit Honeycutt. "Vous pouvez voir qu'il y a un ballon d'eau [une masse en forme de quelque chose] dans cette zone générale du ciel, mais vous ne pouvez pas dire quel genre d'oiseau, s'il s'agit de 12 oiseaux, trois insectes dans un trench-coat, nous ne 't vraiment savoir jusqu'à ce que nous ayons un moyen de le regarder.
N'importe qui peut construire l'unité LunAero avec des matériaux trouvés dans un atelier et des moteurs d'Amazon. Le patron des pièces et les instructions de montage sont à la disposition du public. Le coût des composants LunAero sans télescope est d'environ 150 $. Le composant le plus cher est l'ordinateur Raspberry Pi qui alimente le système. "L'un des avantages d'avoir ces instruments vraiment bon marché est que vous pouvez en déployer beaucoup en même temps", déclare Honeycutt. "Et si vous avez tous ces capteurs minables déployés les uns à côté des autres, vous finirez par atteindre une masse critique de capteurs où vous commencerez à produire des données comparables à une instrumentation de haute qualité."
Après avoir publié la technologie LunAero dans un article de 2020 dans la revue HardwareX , Bridge et Honeycutt ont continué à effectuer des mises à niveau matérielles et ont envoyé les appareils aux ornithologues amateurs.
« Idéalement, ce serait un outil de science citoyenne. Je ne sais pas si nous en sommes encore là. Il y a eu quelques petites choses qui ont rendu les choses difficiles », dit Bridge. S'il y a de mauvaises conditions météorologiques ou si un nuage recouvre la lune, ils doivent reconfigurer l'appareil tout au long de la nuit. Les observations sont liées au cycle lunaire et les données que LunAero peut collecter chutent lorsque la lune est à moins de la moitié pleine.
"Il y a eu des petits ajustements constants, des améliorations progressives de la façon dont vous maintenez la caméra stable sur de nombreuses portées différentes", note Honeycutt. "Et bien que ce ne soit pas un grand saut dans le concept du matériel, ce sont les petites choses qui augmentent la base d'utilisateurs potentiels."
Le groupe prépare bientôt l'un de ses premiers documents de données sur le comportement social qui peut être capturé et quantifié par LunAero. "Vous pouvez dire si les oiseaux volent seuls ou en groupe ou parfois en formation, parfois juste en groupe lâche", explique Bridge. "Je ne pense pas qu'il y ait un autre moyen de voir cela la nuit à moins d'avoir un projecteur ou une caméra infrarouge, ou un autre moyen d'observer directement les oiseaux."
L'analyse des données est le grand obstacle à la diffusion d'un document de données généralisé. "Il faut un peu plus de temps pour analyser les données que pour les collecter, car vous devez essentiellement passer d'une image à l'autre", explique Bridge. "Nous n'avons pas les moyens de traiter beaucoup de vidéos de beaucoup de gens en ce moment."
Et bien qu'il puisse sembler qu'un outil tel que l'apprentissage automatique puisse aider, malheureusement, cela n'est peut-être pas encore possible. "Si vous regardez la vidéo, beaucoup de ces oiseaux sont d'un pixel", déclare Honeycutt. "Distinguer un pixel qui est un oiseau réel de 10 000 pixels de non-oiseau est un problème non trivial que je ne pense pas que les techniques d'apprentissage automatique puissent encore gérer. C'est pourquoi nous faisons plus d'un système naïf qui est plus intensif en calcul.
À l'heure actuelle, le groupe travaille sur la preuve de concept et les premiers documents de données pour l'instrument. Mais dans cinq ans, ils imaginent que cela pourrait devenir un complément unique à la suite de technologies de migration existantes.
« Si vous avez des dispositifs de repérage sur [les oiseaux], ou si vous les voyez par radar, vous ne pouvez pas observer directement les oiseaux. Pouvoir observer directement les oiseaux, même si c'est pendant qu'ils traversent la lune, est un ensemble de données unique », explique Jeff Kelly, professeur de biologie à l'Université de l'Oklahoma. "Il sera toujours utile d'intégrer ces données avec des données de suivi où vous obtenez des informations sur où et quand l'oiseau a volé, mais vous ne pouvez pas le voir directement."
De nombreux mystères subsistent encore lorsqu'il s'agit de comprendre pourquoi et comment les oiseaux migrent. Les oiseaux volent-ils ensemble, volent-ils séparément, réagissent-ils aux mêmes conditions de vent, volent-ils tous à la même hauteur ? "Il nous est difficile de comprendre concrètement à quoi ces oiseaux sont confrontés", explique Kelly. "Lorsque nous commençons à parler d'infrastructures que nous construisons dans les airs, ou de collisions d'oiseaux avec des bâtiments et de problèmes d'éclairage la nuit, ce type de données où les gens peuvent observer concrètement ce qui se passe aura un impact important sur leur capacité à appréhender le problème. ."
