La biodiversité est essentielle aux processus qui soutiennent toute vie sur Terre. Il fournit des ressources essentielles telles que la nourriture et l’énergie, et soutient la santé des écosystèmes. Cependant, le changement climatique, la déforestation et la pollution détruisent les habitats, altèrent les écosystèmes et éliminent – ou introduisent – des espèces fondamentales pour la biosphère de la planète.
Pour relever les défis causés par le changement environnemental et les activités humaines sur la biodiversité, un consortium de 22 partenaires dirigé par CSC—IT Center for Science, qui héberge le supercalculateur EuroHPC LUMI, développe des jumeaux numériques pour la biodiversité (BioDT) à la suite de l’accord de la Commission européenne. initiative.
Le projet BioDT vise à révolutionner notre compréhension de la dynamique de la biodiversité en intégrant des capacités avancées de modélisation, de simulation et de prédiction. En combinant et en améliorant les données et modèles disponibles sous forme numérique, BioDT propose des approches pour la gestion durable de la biodiversité et la conservation des écosystèmes. BioDT combine des expertises en biodiversité, modélisation écologique, données FAIR, calcul haute performance et intelligence artificielle.
BioDT vise à améliorer la précision et les performances prédictives des modèles de biodiversité grâce au développement itératif et à la validation par rapport à des données indépendantes. Cette approche peut être essentielle au développement d’outils d’aide à la décision et à l’élaboration de politiques.
En mettant continuellement à jour les données, BioDT fournira des prévisions en temps réel des modèles et des processus de la biodiversité grâce à des cartes et des résumés interactifs. Le consortium exploite les technologies et les données existantes provenant des principales infrastructures de recherche (GBIF, eLTER, DiSSCo et LifeWatch ERIC) pour atteindre cet objectif.
L’impact du projet s’étend à la résolution de problèmes critiques, notamment l’impact du changement environnemental sur les espèces et les écosystèmes, la sécurité alimentaire et la mise en œuvre des politiques européennes et internationales. Le projet contribue aux objectifs de développement durable des Nations Unies 2 (Faim zéro), 3 (Bonne santé et bien-être), 13 (Action pour le climat) et 15 (Vie sur terre).
BioDT développe un prototype de Digital Twins pour la conservation de la biodiversité
Afin de tester son système de modélisation, BioDT développe 10 prototypes de jumeaux numériques (pDT) axés sur les espèces et les écosystèmes très préoccupants en matière de conservation et de politique, tels que les espèces envahissantes, les pollinisateurs et les prairies.
Les pDT sont divisés en quatre groupes principaux :
Les pDT visent à rendre disponibles et prêts à être utilisés par les chercheurs et les infrastructures de recherche dans la mise en œuvre des cas d’utilisation, tout en fournissant des ensembles de données essentiels, des meilleures pratiques, une expertise et des enseignements tirés.
Les pDT testent les performances prédictives des modèles et les scénarios de disponibilité des données, et les appliquent pour relever les défis de la biodiversité grâce à des simulations de scénarios, des prédictions et des méthodes de biosurveillance. Cette approche itérative vise à intégrer et à comparer les performances prédictives de diverses approches de modélisation, stimulant ainsi le développement de prototypes de nouvelle génération.
Construire des jumeaux numériques pour la biodiversité : une collection d’articles scientifiques BioDT
Pour faire progresser davantage le développement et la fiabilité des jumeaux numériques de biodiversité, l’équipe BioDT a produit 10 articles scientifiques, compilé dans le numéro « Building Biodiversity Digital Twins » de la revue scientifique ouverte Idées et résultats de recherche (RIO).
« La collection offre une compréhension approfondie des avancées conceptuelles et techniques réalisées dans le développement de jumeaux numériques pour un large éventail de sujets liés à la biodiversité. Grâce au projet BioDT, nous permettons à un large public de comprendre et de prédire de manière interactive les changements de la biodiversité dans l’espace et dans le temps. « . déclare Gabriela Zuquim, coordinatrice scientifique au CSC pour le projet BioDT
La collection sert de point d’accès centralisé aux résultats des projets de l’initiative BioDT. La publication de résultats de recherche plutôt non conventionnels et non traditionnellement publiés fait en fait partie des caractéristiques uniques de la revue de science ouverte RIO. Une autre caractéristique est la possibilité pour les publications individuelles d’être mappées aux ODD auxquels elles contribuent, soulignant ainsi davantage leur importance.
Dans le cas de BioDT, RIO a permis à l’équipe du projet d’illustrer le processus de prototypage des jumeaux numériques de la biodiversité sous la forme d’un article scientifique évalué par des pairs, garantissant ainsi sa découvrabilité, sa crédibilité, sa citabilité, sa réutilisabilité et son caractère public à long terme. disponibilité.
En optant pour cette approche transparente de partage de leurs travaux scientifiques qui a résisté à la rigueur de l’examen scientifique formel, le projet BioDT garantit que les futurs scientifiques pourront utiliser de manière meilleure et plus efficace les modèles développés par les chercheurs, les données et les technologies de pointe du consortium. technologie.
Par exemple, une publication décrit le prototype numérique HONEYBEE. Le prototype permettra, après l’étalonnage en cours avec les données d’utilisation des terres et de poids des ruches, de prédire la dynamique des populations d’abeilles domestiques, l’infestation d’acariens et la production de miel. Le modèle a été développé sur la base d’un modèle précédemment développé, conçu pour simuler le butinage d’une seule colonie d’abeilles.
En utilisant le prototype de jumeau numérique, les utilisateurs peuvent appliquer le modèle de manière interactive à différentes échelles temporelles et géographiques allant des sites locaux à des régions entières ou même au niveau national. Ainsi, il peut devenir un outil essentiel pour l’évaluation de la viabilité et de la productivité des colonies d’abeilles mellifères en Allemagne, indépendamment de la spécificité des paysages et des stratégies de gestion.
Notre vision est que l’évaluation puisse même être réalisée pour prendre en compte différents scénarios de changement climatique. La publication fournit également des lignes directrices aux utilisateurs potentiels du prototype.
Les auteurs de l’article, dirigés par le Dr Jürgen Groeneveld (Centre Helmholtz pour la recherche environnementale – UFZ, Allemagne) rappellent que bien que les abeilles mellifères « soient une espèce gérée, elles sont gravement affectées par le changement climatique, les parasites et maladies émergents, les terres agricoles modernes » et éventuellement des pratiques apicoles inappropriées », tout en citant des données inquiétantes sur les tendances en Europe et aux États-Unis.
De même, d’autres publications déjà disponibles dans la collection abordent des questions tout aussi cruciales et urgentes ayant un impact à l’échelle mondiale, notamment les épidémies, la gestion des cultures, les espèces envahissantes, la dynamique des oiseaux et de la végétation.
« La collection de documents de projet Building Biodiversity Digital Twins répondait parfaitement à nos besoins », a déclaré Dmitry Schigel, responsable scientifique du GBIF et rédacteur en chef coordinateur de la collection. « L’équipe du projet a accepté de capturer les itérations du projet et de révéler nos prototypes aux deux tiers de l’étape deux ans après le début du projet, avec une de plus à faire.
La plateforme innovante que Pensoft’s RIO Le journal fournit nous permet de décrire nos progrès dans un cadre moins formel mais toujours évalué par des pairs. Grâce au travail efficace des équipes d’auteurs, de réviseurs et de co-éditeurs, ce numéro spécial a été rédigé rapidement et permet désormais à nos prototypes d’équipes de jumeaux numériques d’attirer et de traiter les commentaires d’un public plus large.
Plus d’informations :
Dmitry Schigel et al, Construire des jumeaux numériques pour la biodiversité, Idées et résultats de recherche (2024). DOI : 10.3897/rio.coll.240