Projet ANR-15-CE04-0006 – FIRST : Prototype d'Imagerie, de Reconnaissance et de Tri de Foraminifères
Programme : Innovations scientifiques et technologiques pour anticiper ou remédier les risques environnementaux (DS0104) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Thibault de Garidel-Thoron (Centre National de la Recherche Scientifique, délégation Provence et Corse _ Centre Européen de Recherche et d'Enseignement en Géosciences de l'Environnement)
Montant : 313024.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 36 mois
Résumé : L’objectif du projet FIRST est de développer un prototype permettant l’analyse et le tri automatique des microfossiles carbonatés, et en particulier des foraminifères. Ces organismes, dont la taille varie entre une centaine de microns et 1 à 2 millimètres, sont présents partout dans l’océan global, et sécrètent une coquille carbonatée qui à la mort de l’organisme est sédimentée au fond de l’océan. La composition chimique de ces coquilles, la taille et la masse de ces coquilles, ainsi que les différentes espèces (assemblage faunistique) sont des indicateurs qui sont utilisés en routine par une communauté de plusieurs milliers de chercheurs dans le monde. Ils permettent de tracer plusieurs des paramètres critiques à l’estimation de l’influence anthropique sur le système climatique : la température de surface océanique, la structure hydrologique et donc la quantité de chaleur stockée dans l’océan, et la salinité. Leur analyse faunistique et géochimique constitue un moyen unique de quantifier la variabilité climatique au cours des derniers milliers d’années.
Techniquement, l’extraction de ces coquilles du sédiment n’a que peu variée au cours de la dernière centaine d’années : après un tamisage humide sur un tamis à 150µm (pour conserver uniquement les individus adultes), les foraminifères sont sélectionnés sous un stéréomicroscope (« piqués ») par un opérateur humain avec un pinceau fin pour être triés par espèce, pour les analyses ultérieures. Ces analyses peuvent être morphométriques ou géochimiques, mais exigent une reconnaissance a priori des différentes espèces. L’objectif de ce projet est d’arriver à limiter l’intervention humaine dans le tri de ces organismes, en analogie avec les méthodes de tri de cellules basées sur la cytométrie de flux utilisées pour le pico et nannoplancton. Le prototype servira à séparer les foraminifères les uns des autres (ségrégation), à les positionner pertinemment pour pouvoir les photographier et reconstruire un pseudo-modèle numérique de leur morphologies (imagerie) et enfin de les classifier par morphotypes et classes de taille en utilisant des algorithmes innovants, avant une extraction sélective d’une à trois classes déterminées. L’ambition est de pouvoir à terme utiliser cet automate pour des enregistrements paléoclimatiques à très haute résolution.
L’automatisation se justifie par la nécessité de répondre à trois exigences scientifiques fondamentales et une raison économique : (1) une amélioration de la précision (2) le développement d’une tracabilité des analyses morphologiques (3) l’amélioration de la reproductibilité et enfin pour réduire (4) le temps d’analyse par opérateur.
Pour arriver à monter ce prototype, le consortium devra résoudre trois verrous technologiques : (1) la séparation et ségrégation des foraminifères  afin de pouvoir les manipuler individuellement et les extraire (2) le développement d’une imagerie pertinente pour la reconnaissance des foraminifères et (3) le développement d’algorithmes de classification permettant de discriminer les différents morphotypes de foraminifères sélectionnés. Chacun de ces verrous sera levé au sein de work-packages spécifiques, et évalués par des indicateurs de réussite adaptés. 
Le prototype sera développé grâce à l’association d’une PME spécialisée en robotique et vision, ATG Groupe, avec une équipe du CEREGE (CNRS et Aix-Marseille Université), spécialiste des microfossiles calcaires et du traitement d’images. L’équipe du CEREGE s’appuie notamment sur son expérience de développement du système SYRACO, un logiciel de reconnaissance automatique de coccolithophores, du phytoplancton calcaire, système faisant l’objet d’un brevet déposé, et utilisé dans plusieurs groupes de recherches et industriel.