Le plateau Qinghai-Tibet, connu sous le nom de « troisième pôle de la Terre », est l'un des points chauds de la biodiversité mondiale. Il abrite un grand nombre d'espèces rares endémiques du plateau, telles que Saussurea involucrata (l'edelweiss des neiges), Rhodiola rosea, Ophiocordyceps sinensis (champignon chenille), l'antilope tibétaine et le pika des plateaux. Ces espèces ne sont pas seulement des composantes essentielles de l'écosystème du plateau Qinghai-Tibet, mais aussi des éléments importants de la stratégie nationale de ressources germinales.

Dirigée par l'Institut du Nord-Ouest de biologie des plateaux de l'Académie chinoise des sciences, la Banque nationale de ressources germinales du plateau Qinghai-Tibet est une plateforme nationale spécialisée axée sur les environnements écologiques alpins, de haute altitude et à forte exposition aux UV. Elle remplit deux missions clés : premièrement, servir d'« Arche de Noé » de préservation à long terme pour les espèces endémiques du plateau ; deuxièmement, fournir un soutien de données fondamentales pour la recherche sur la conservation de la biodiversité et le développement et l'utilisation des ressources germinales.

• Perte et dégradation des spécimens physiques : Les spécimens d'insectes sont vulnérables aux dommages causés par les mites, aux moisissures et à la fragilisation ; les spécimens d'herbier se décolorent, rétrécissent et se déforment avec le temps ; et les spécimens conservés dans des liquides subissent des distorsions de forme et de couleur en raison de l'évaporation du conservateur. Les espèces endémiques de haute altitude/alpines et les spécimens types du plateau Qinghai-Tibet sont exceptionnellement rares, tandis que les facteurs environnementaux extrêmes, tels que le froid intense, le rayonnement UV intense et les fortes fluctuations de température diurne, provoquent une perte rapide de morphologie des spécimens physiques après la collecte.

• Manque de données morphologiques 3D : La numérisation actuelle dans les herbiers et les musées de spécimens se concentre principalement sur la catalogage des étiquettes de spécimens et la capture de photographies planes en 2D. Bien que cela enregistre complètement les détails de la collection et l'apparence générale, cela peine à préserver les caractéristiques taxonomiques 3D clés, telles que les angles de ramification des nervures des ailes, les dépressions du hile, les arrangements spatiaux des lamelles ou la micro-sculpture de surface des graines.

• Partage d'informations limité par l'accessibilité physique : Les spécimens physiques sont limités par les conditions de l'environnement de stockage, les politiques de prêt et les réglementations de protection des espèces menacées, ce qui rend difficile pour les chercheurs externes de procéder à des examens répétés. L'absence de données morphologiques 3D entrave la recherche collaborative et la communication scientifique publique.

Figure : Gentiana lineata présentée dans le « Manuel illustré des plantes vasculaires sauvages du parc national de Sanjiangyuan » compilé par l'Institut du Nord-Ouest de biologie des plateaux, Académie chinoise des sciences.

Bien que le concept de numérisation 3D soit largement reconnu, les approches technologiques existantes rencontrent des goulots d'étranglement lorsqu'elles sont appliquées à des spécimens biologiques, rendant la mise en œuvre à grande échelle difficile :

• Balayage 3D laser : Produit généralement uniquement des maillages géométriques blancs sans capturer la couleur et la texture naturelles du spécimen. Il nécessite un enregistrement manuel supplémentaire des textures de couleur, un processus fragmenté avec une précision incohérente.

• Balayage à lumière structurée : Le champ de vision limité oblige les opérateurs à retourner et à scanner les spécimens à plusieurs reprises avant de les assembler. Cela présente un risque élevé de dommages physiques aux spécimens fragiles, rongés par les mites ou délicats montés sur épingle. Le post-traitement manuel pour l'alignement des textures peut prendre des heures, voire des jours par article, manquant de scalabilité pour les collections contenant des dizaines de milliers de spécimens.

• Photogrammétrie manuelle : La photogrammétrie traditionnelle repose fortement sur l'expérience de l'opérateur pour régler les angles de caméra, les longueurs focales et les conditions d'éclairage. L'alignement des nuages de points est sujet aux trous et aux distorsions d'étirement. Les variations entre les différents opérateurs entraînent une précision et une fidélité des couleurs incohérentes, ce qui rend difficile de répondre aux exigences d'archivage standardisées de niveau recherche.

• Échantillons sensibles au temps : Les corps fructifères de champignons et les fleurs fraîches doivent être numérisés dans un court laps de temps. Le cycle de modélisation traditionnel dépasse largement la fenêtre de conservation efficace pour ces échantillons, entraînant la perte permanente de données morphologiques 3D.

Le système de construction rapide de spécimens numériques 3D JLM-Lifetech intègre un réseau d'imagerie optique de haute précision, une acquisition d'images automatisée et des algorithmes intelligents de reconstruction 3D. Il simplifie la modélisation 3D professionnelle en un processus en trois étapes : « Placer l'échantillon → Démarrage en un clic → Afficher le modèle ». En seulement environ 15 minutes, il génère un jumeau numérique 3D couleur haute fidélité à 720 degrés, fournissant une base de données morphologiques 3D de niveau recherche, indélébile et partageable à distance pour la conservation de la biodiversité du plateau Qinghai-Tibet et la construction de la banque de ressources germinales.

• Modélisation automatisée en un clic pour l'archivage continu par lots : Les algorithmes intelligents intégrés exécutent automatiquement l'acquisition d'images, le calcul du nuage de points, l'optimisation du maillage, le mappage des textures, ne nécessitant aucun ajustement de paramètre manuel ni aucune réparation post-traitement. Le temps de modélisation par spécimen est d'environ 15 à 20 minutes.

  • Valeur d'application sur le plateau : La banque de ressources germinales détient un grand nombre de spécimens en attente de numérisation ; ce système prend en charge la modélisation rapide par lots multiples pour faire progresser continuellement le progrès.

• Acquisition complète à 720° sans destruction : Un réseau d'objectifs et une conception de champ lumineux uniques capturent des données complètes en un seul cliché sans retourner l'échantillon, évitant ainsi l'usure des spécimens précieux.

  • Valeur d'application sur le plateau : Le plateau produit de nombreux spécimens frais, fragiles et facilement endommageables. L'acquisition non destructive de ce système élimine les risques de manipulation physique, permettant à chaque spécimen rare d'être numérisé en toute sécurité.

• Restauration de la couleur haute fidélité et des microstructures fines : Le système reproduit fidèlement les caractéristiques taxonomiques clés, telles que la morphologie du hile, les textures des nervures des ailes, les plis épidermiques et la couleur de la coupe transversale des matériaux médicinaux. Le logiciel prend également en charge les mesures virtuelles 3D (longueur, largeur, angle, aire projetée, profondeur des rainures, etc.), servant directement la recherche morphométrique et taxonomique numérique.

  • Valeur d'application sur le plateau : Les plantes alpines possèdent souvent des accumulations de pigments spéciales adaptées à un rayonnement UV intense (par exemple, les poils blancs laineux de l'edelweiss des neiges ou les rhizomes rouges de la Rhodiola). Ces caractéristiques de couleur sont des indicateurs critiques pour la taxonomie et l'adaptation écologique ; la restauration de la couleur haute fidélité garantit que ces informations vitales ne sont jamais perdues.

• Exportation au format universel + module de gestion d'herbier numérique : Exporte directement les formats 3D OBJ universels et prend en charge l'impression 3D. Intégré à un module de gestion d'herbier numérique, il permet l'affichage et le partage en ligne sur plusieurs terminaux, ainsi que la connexion à des appareils interactifs immersifs pour étendre les capacités de recherche et de communication scientifique.

  • Valeur d'application sur le plateau : Les collaborateurs distants peuvent visualiser à distance des modèles 3D via des liens partagés sans avoir à se rendre sur le plateau. Ils peuvent effectuer des mesures morphologiques et des comparaisons taxonomiques, réduisant considérablement les coûts de collaboration et brisant les barrières géographiques.

Figure : Numérisation des ressources germinales effectuée par l'Institut du Nord-Ouest de biologie des plateaux à l'aide du système de construction rapide de spécimens numériques 3D JLM-Lifetech.

Conservation de la biodiversité

• Stations d'étude de la biodiversité dans les réserves naturelles

• Centres de sauvetage de la faune et stations de surveillance des sources d'épidémies/maladies

• Salles de spécimens vecteurs de quarantaine végétale / quarantaine sanitaire des douanes (identification des espèces envahissantes)

• Musées d'histoire naturelle et bases d'éducation scientifique

Applications des ressources germinales

• Banques nationales et provinciales de ressources germinales biologiques sauvages

• Pépinières de ressources germinales de cultures et fermes de préservation des ressources génétiques

• Pépinières de ressources de plantes médicinales et musées de spécimens de médecine traditionnelle chinoise

• Herbiers/dépôts de spécimens dans les départements de botanique, zoologie et entomologie des universités et instituts de recherche