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(29 avril 2022 / JNS) Les récifs coralliens du monde entier sont en voie d'extinction en raison de nombreux facteurs tels que le réchauffement climatique et l'urbanisation accélérée des zones côtières, qui exercent un stress énorme sur la vie marine.

"Le déclin rapide des récifs coralliens a accru la nécessité d'explorer des méthodes interdisciplinaires de restauration des récifs", explique Natalie Levy, doctorante à l'université Bar-Ilan de Ramat Gan, en Israël. "Examiner comment conserver la biodiversité des récifs coralliens est une question essentielle, mais il est également urgent d'investir dans des technologies susceptibles d'améliorer l'écosystème corallien et notre compréhension de l'environnement récifal."

Dans un article publié dans la revue Science of the Total Environment, des chercheurs de quatre des principales universités israéliennes mettent en avant une méthode d'impression tridimensionnelle qu'ils ont développée pour préserver les récifs coralliens. Leur innovation est basée sur la structure naturelle des récifs coralliens au large de la ville côtière d'Eilat, dans le sud d'Israël, mais leur modèle est adaptable à d'autres environnements marins et pourrait contribuer à freiner la dévastation des récifs coralliens dans le monde entier.

Cette recherche conjointe a été menée par le professeur Oren Levy et son étudiant en doctorat de la faculté des sciences de la vie Mina et Everard Goodman de l'université Bar-Ilan ; le professeur Ezri Tarazi et son étudiant en doctorat Ofer Berman de la faculté d'architecture et d'urbanisme du Technion-Israel Institute of Technology ; le professeur Tali Treibitz et son étudiant en doctorat Matan Yuval de l'université de Haïfa ; et le professeur Yossi Loya de l'université de Tel Aviv.

Le processus commence par la numérisation de photographies sous-marines de récifs coralliens. À partir de ces informations visuelles, un modèle 3D du récif est assemblé avec une précision maximale. Des milliers d'images sont photographiées et envoyées au laboratoire pour calculer la forme complexe du récif et la manière dont cette forme favorise l'évolution de la diversité des espèces récifales.
Ensuite, les chercheurs utilisent une méthode moléculaire de collecte d'informations génétiques environnementales, qui fournit des données précises sur les organismes du récif. Ces données sont incorporées à d'autres paramètres et sont introduites dans un algorithme de technologie 3D, ce qui permet de construire un modèle paramétrique interactif du récif. Le modèle peut être conçu pour s'adapter précisément à l'environnement récifal désigné.

L'étape finale est la traduction et la production d'un récif en céramique par impression 3D.

Les récifs sont fabriqués en céramique qui est naturellement poreuse sous l'eau, fournissant les besoins de construction et de restauration les plus idéaux pour la zone affectée ou pour l'établissement d'une nouvelle structure récifale comme base pour la continuation de la vie. "L'impression tridimensionnelle avec des matériaux naturels facilite la production d'unités très complexes et diverses, ce qui n'est pas possible avec les moyens habituels de production de moules", explique M. Tarazi.

Le processus combine des algorithmes de balayage 3D, ainsi qu'un échantillonnage de l'ADN environnemental, et un algorithme d'impression 3D qui permet un examen approfondi et précis des données de chaque récif, ainsi que l'adaptation du modèle imprimé à un environnement récifal spécifique. En outre, les données peuvent être réinjectées dans l'algorithme pour vérifier le niveau d'efficacité et d'efficience du modèle après sa mise en œuvre, sur la base des informations recueillies au cours du processus.

Le flux de travail de l'interface 3D, qui commence par la collecte de données à l'aide d'outils moléculaires et d'imagerie 3D. Crédit : Natalie Levy et le professeur Ofer Berman de la faculté des sciences de la vie Mina et Everard Goodman de l'université Bar-Ilan.
"Les récifs artificiels existants ont du mal à reproduire la complexité des habitats coralliens et à accueillir des espèces récifales qui reflètent les environnements naturels. Nous présentons une nouvelle interface 3D personnalisable pour produire des structures évolutives, en utilisant des données réelles recueillies dans les écosystèmes coralliens", explique M. Levy.

Berman ajoute que "l'utilisation de l'impression 3D permet une grande liberté d'action dans les solutions basées sur des algorithmes, ainsi que l'assimilation d'une production durable pour le développement de la réhabilitation marine à grande échelle."

Cette étude répond à deux besoins cruciaux pour sauver les récifs coralliens, selon les chercheurs. Le premier est le besoin de solutions innovantes qui facilitent la restauration à grande échelle et qui peuvent être adaptées pour soutenir les récifs coralliens dans le monde entier. Le second est la recréation d'une complexité naturelle du récif corallien, à la fois en termes de taille et de conception, qui attirera les espèces récifales telles que les poissons et les invertébrés qui soutiennent la repousse des récifs coralliens naturels.

Les chercheurs installent actuellement plusieurs récifs imprimés en 3D dans le golfe d'Eilat. Ils pensent que les résultats qu'ils obtiendront les aideront à appliquer cette innovation à d'autres écosystèmes récifaux dans le monde.