Un capteur basé sur les moules peut-il avertir les agriculteurs des problèmes de qualité de l’eau ?
Le PDG d’IntegraSEE, Lawrence Taylor, explique comment la surveillance du comportement d’une poignée de moules dans une unité MarineCanary peut alerter les opérateurs aquacoles des problèmes de qualité de l’eau, notamment la pollution, les agents pathogènes et les anomalies de température.
Pouvez-vous décrire brièvement votre carrière en aquaculture?
Juste après avoir terminé ma maîtrise au début des années 90, je me suis lancée dans un projet d’élevage de pétoncles géants de trois ans à l’Université Dalhousie, à Halifax. Le programme financé par l’Ocean Production Enhancement Network (OPEN) était axé sur la recherche océanographique et biologique de base, ciblant les pétoncles géants et la morue. Avec une formation en photographie et une expérience de la plongée sous-marine, j’ai été embauché pour utiliser une caméra vidéo sous-marine pour enregistrer le fond de l’océan le long des lignes de transect – capturer nos pétoncles ensemencés, nos pétoncles sauvages et nos prédateurs. Plonger quatre à cinq heures par jour en automne et en hiver était ahurissant, mais beaucoup plus amusant que le suivi : cinq jours d’analyse de séquences vidéo en laboratoire… manuellement. Et coller manuellement deux étiquettes d’abeilles sur environ un tiers de nos 10 000 jeunes pétoncles classés juste là-haut avec l’analyse vidéo.
Alors que la technologie de production vidéo évoluait rapidement vers un flux de travail entièrement numérique, je suis resté dans le domaine spécialisé dans les projets de tournage et de post-production sous-marins axés sur la recherche sur les fruits de mer et l’aquaculture. Et ma mission a été de voir jusqu’où nous pouvons pousser la technologie de vision automatisée dans un outil de recherche marine multi-tâches.
Qu’est-ce que MarineCanary et d’où est venue l’idée ?
Comme un canari dans une mine de charbon, le MarineCanary (MC) est un système d’alerte précoce conçu pour détecter les problèmes d’origine hydrique tels que les proliférations d’algues dangereuses, les polluants, les températures élevées de l’eau et les conditions hypoxiques, avant qu’ils ne nuisent à la vie marine. Chaque unité est créée en tant que système autonome, drop-and-go qui est suspendu dans la colonne d’eau entre son flotteur et son système d’amarrage d’ancre. Au sein de l’unité MC vit un ensemble de moules. Lorsqu’un nombre important d’entre eux ferment leurs coques, un avertissement est envoyé sur l’appareil mobile de l’utilisateur.
L’unité MC originale a été conçue il y a près de 25 ans par le co-fondateur d’IntegraSEE, Ulrich Lobsiger, et était basée sur l’enregistrement et l’analyse du comportement des moules vivantes à l’aide de la technologie de film timelapse, mais – comme l’apprentissage automatique, l’apprentissage en profondeur et l’IA n’étaient pas facilement disponibles – il n’y avait pas beaucoup d’incitations à commercialiser un produit nécessitant un traitement d’image manuel.
Tout a changé en juillet dernier lorsque Karan Kharecha, notre membre de l’équipe informatique, et moi-même avons déployé notre premier prototype dans le port d’Halifax sur la plate-forme Stella Maris de COVE Ocean. Le prototype est composé d’un cadre métallique avec neuf moules fixées avec des bâtons de popsicle d’un côté et d’une enceinte sous-marine contenant un système d’enregistrement vidéo entièrement numérique de l’autre. À l’heure actuelle, les données et l’alimentation sont transférées via l’ombilical de Stella Maris vers le rivage, mais à l’avenir, le système MC sera totalement autonome pour capturer et traiter les images. Le système n’enregistre que pendant la journée, mais les étudiants d’Ocean Tech du collège communautaire local, NSCC, développent un réseau d’éclairage infrarouge qui sera déclenché par une cellule photoélectrique pour s’allumer. Nous étudions également l’utilisation de la lumière UV pour éviter l’encrassement du côté caméra du boîtier.
Contrairement aux programmes Mussel Watch à travers le monde, qui surveillent les polluants en analysant des échantillons de tissus de moules, ou à la recherche sur l’écartement des valves des moules qui attache des capteurs magnétiques ou accélérométriques aux coquilles des moules, le logiciel développé par Karan analyse automatiquement les séquences vidéo et classe le comportement des moules : ouverture des valves, alimentation, respiration et comportement général.
Quel impact aura-t-il une fois opérationnel ?
Sur le plan fonctionnel, un exploitant aquacole peut placer un système MC en amont de son site et être averti de tout problème de qualité de l’eau en suspens via une connectivité mobile. Au fur et à mesure que notre technologie mûrira, le produit logiciel final intégrera des capteurs sur site et des données volumineuses océaniques, ce qui le rendra « prédaptif » : capable de prévoir les événements environnementaux et d’aider à développer les meilleures pratiques de gestion. MarineCanary a de larges applications sur les marchés marins et d’eau douce, mais nous nous concentrons actuellement sur la conchyliculture et la pisciculture.
Quels retours avez-vous reçus du secteur de l’aquaculture à ce jour?
D’après nos recherches, le secteur des poissons est le plus important pour notre produit en tant que système d’alerte précoce en raison du volume et de la valeur mondiaux des poissons à nageoires par rapport aux crustacés, et que le changement climatique a non seulement un impact sur les températures de la mer et les niveaux d’oxygène, mais entraîne également le pou du poisson, maladies et proliférations d’algues dangereuses. Un rapport commercial récent estime que les prévisions de production mondiale pourraient être surestimées de 6 à 8 % en raison du changement climatique, et un autre estime le coût des morales liées à l’environnement à des dizaines de milliards. Les événements liés aux algues toxiques sont en augmentation dans le monde et peuvent anéantir des millions de poissons en quelques jours, ce qui à son tour a alimenté les messages anti-agriculture. Les moules, cependant, sont adaptées pour aider à mieux gérer ces risques – ce sont essentiellement des plates-formes multi-capteurs dans une coquille qui fonctionnent 24h/24 et 7j/7.
Pendant ce temps, les entretiens avec les conchyliculteurs canadiens ont révélé deux défis clés : des lacunes dans les connaissances biologiques de base et le manque d’acceptation sociale, tout comme les éleveurs de saumon. Étant donné que la plupart des mytiliculteurs et ostréiculteurs canadiens dépendent du naissain sauvage, les moules ou les huîtres peuvent être utilisées dans notre système pour aider à prévoir et à prévoir les périodes de pointe de frai et le tassement des salissures. Notre système pourrait également surveiller les performances des produits, car les agriculteurs élèvent sélectivement des animaux plus résistants au climat ; mieux comprendre et prévenir la « chute » des moules ; et aider à accélérer la réouverture des sites après des tempêtes, en fonction de la qualité de l’eau.
Comme de nombreux pays côtiers, le Canada aimerait augmenter considérablement la production aquacole. Cependant, comme on l’a vu en Colombie-Britannique cette année, l’acceptabilité sociale, et non les preuves scientifiques, a radicalement réinitialisé la politique de production du saumon de l’Atlantique. Sur la côte est du Canada, le manque de communautés de travail, pas dans mon jardin et l’influence des campagnes anti-pisciculture ont fait stagner la croissance des coquillages, en particulier en Nouvelle-Écosse. En fournissant le point de vue d’un animal et des preuves vidéo, nos sentinelles de moules peuvent fournir une surveillance de l’eau par des tiers vérifiables et auditables pour les sites envisagés pour la production, qui commencent tout juste la production ou qui sont déjà actifs : aborder l’acceptabilité sociale en surveillant le bien-être environnemental et animal, et augmentant ainsi la sensibilisation du public et la confiance des consommateurs.
Quel est votre plan d’affaires?
Nous avons activement obtenu des projets pilotes avec des producteurs de mollusques et de poissons au Canada atlantique, car notre plan est de commercialiser MarineCanary à l’échelle mondiale. Les pilotes de coquillages seront extrêmement précieux pour accélérer notre compréhension du fonctionnement des sentinelles des moules sur une saison entière et avec l’âge. Cela étant dit, nous n’allons pas attendre pour collecter des images auprès des éleveurs de saumon et testerons la valeur de plusieurs systèmes MC intégrés : en amont, dans les enclos et autour des enclos. Enfin, notre équipe commerciale – dirigée par Mike Hayes et Mike Cyr – travaille à transformer les projets pilotes et les premiers utilisateurs en clients payants à long terme en aidant les agriculteurs à développer leur propre message convaincant afin qu’ils s’inscrivent avec plaisir – une expérience sans friction de pilote, ou adopteur précoce, au client.
Quels défis avez-vous encore besoin de surmonter?
En tant que photographe professionnel, je suis habitué à manipuler du matériel photo très coûteux, mais le développement de notre système de capture d’images a été essentiellement peu coûteux. Le défi sera de voir jusqu’où nous pouvons pousser notre système basé sur Raspberry Pi et développer un système drop-and-go complètement distant qui peut générer des alarmes en temps réel.
D’un autre côté, le développement de logiciels, le traitement d’images, le personnel qualifié et le financement seront nos plus grands défis au cours de la prochaine année. Mais nous sommes très excités et encouragés par la performance du prototype au cours de ses deux premiers mois sous l’eau sur Stella Maris. Au cours des trois prochains mois de déploiement, nous travaillerons à intégrer nos images avec les données de la douzaine d’autres capteurs de la plate-forme.
Quelle est votre ambition ultime dans le secteur de l’aquaculture ?
Cela a été très excitant de revoir nos deux premiers mois de séquences – neuf fois au cours de cette période, les neuf moules fermées en même temps, indiquant qu’il se passait quelque chose. A l’image de ce que Poznan, la station d’épuration polonaise recherche dans ses moules câblées (capteurs de vannes). Lorsque quatre de leurs moules ferment en même temps, l’approvisionnement en eau de la ville est coupé.
Remarquablement, les moules fournissent une estimation plus fiable de la qualité globale de l’eau que des tests de laboratoire ponctuels coûteux. Et notre mission chez IntegraSEE est de créer la technologie qui libère les ressources marines et d’eau douce de manière responsable et durable.