Cette image n’est pas une photo, mais bien un modèle numérique en trois dimensions et en couleurs. Elle a été créée à partir de dizaines de clichés d’un spécimen vivant. Ici, un Rhytidophyllum bicolor. Image: Marion Leménager
À partir de photos, des scientifiques montréalais recréent à l’ordinateur des fleurs virtuelles en trois dimensions. Des reproductions fidèles qui faciliteront l’étude de leur forme et de leur évolution.
Je m’apprête à plonger dans une fleur. D’un clic, je la fais pivoter, puis je m’introduis dans le tube écarlate. Longeant le pistil, je m’engouffre jusqu’au creux des pétales, douce cathédrale orangée aux murs finement tachetés de rouge. J’en ressors quelques secondes plus tard, complètement envoûtée. Imaginez si, en plus, on m’avait servi du nectar !
Si je peux explorer une fleur de Seemannia sylvatica comme une abeille, c’est grâce à Marion Leménager. Cette doctorante à l’Institut de recherche en biologie végétale, à Montréal, étudie les relations entre fleurs et pollinisateurs. Au cœur de ses recherches ? La forme des fleurs.
On s’en doute, la fleur pollinisée par les colibris n’aura pas la même forme que celle qui cherche à attirer des insectes. Mais décrire et comparer scientifiquement la forme complexe de fleurs délicates et périssables… c’est tout un défi ! Jusqu’à maintenant, les fleurs ont donc surtout été étudiées en 2D.
La construction de fleurs virtuelles par photogrammétrie fonctionne bien avec des fleurs de différentes morphologies, notamment celle du cactus de Noël (Schlumbergera sp.). Image: Marion Leménager
« La largeur et la longueur sont des données très incomplètes qui ne reflètent pas toute la complexité des fleurs », dit le directeur de thèse de la jeune chercheuse, Simon Joly, qui est professeur à l’Université de Montréal.
Avec lui et deux autres confrères, Marion Leménager a donc mis au point un protocole simple, abordable et rapide pour produire des modèles virtuels de fleurs en trois dimensions à partir de spécimens vivants. Fruit de trois ans de travail, la méthode décrite dans la revue New Phytologist d’octobre dernier suscite déjà l’intérêt de la communauté scientifique.
Dispositif portatif
La première étape consiste à photographier une fleur sous tous ses angles. Épinglée sur un plateau rotatif motorisé, la fleur tourne d’un angle prédéfini entre chaque prise de vue. Le spécimen est ainsi photographié 120 fois. Grâce aux chevauchements partiels entre les images, un logiciel reconstruit la structure de la fleur en trois dimensions.
Les scientifiques pouvaient déjà « scanner » des fleurs en trois dimensions par micro-tomodensitométrie, mais cette technique d’imagerie par rayons X est onéreuse et ne produit que des images en noir et blanc. La nouvelle méthode produit des modèles tout en couleurs et ne requiert qu’un équipement minimal : une caméra numérique, un trépied, un plateau rotatif… et un mini studio photo – une boîte aux parois blanches, dotée d’un éclairage à DEL, qui élimine les ombrages gênants. Pour moins de 500 $ (excluant la caméra), on a un dispositif portatif fonctionnant à piles – donc parfait pour le terrain !
Ensuite, on vient placer sur le modèle virtuel des points de repère : « la pointe d’un pétale ou l’intersection de deux structures homologues d’une fleur à l’autre », précise Marion Leménager. Cette multitude de points permet de caractériser la forme en détail et de faire des analyses quantitatives, comme calculer la « forme moyenne » d’une fleur pollinisée par les chauves-souris, pour la comparer à celle des fleurs pollinisées par les colibris ou les insectes.
La méthode reproduit aussi fidèlement les couleurs des fleurs. « En biologie, on décrit souvent la couleur en termes généraux : telle fleur est “rouge” ou “blanche”, dit Marion Leménager. Mais il y a tellement de variations sur le spectre chromatique que ça vaut le coup d’aller un peu plus loin. » D’autant plus que les animaux ne voient pas nécessairement les mêmes couleurs que nous ! Certains voient dans l’infrarouge ou dans l’ultraviolet, rappelle Simon Joly.
Bref, la nouvelle méthode facilitera les comparaisons entre fleurs. « On espère que beaucoup de gens vont l’utiliser, ce qui permettra à terme de réaliser des études à grande échelle sur la variabilité des fleurs », dit le professeur Joly.
Herbiers augmentés
Les modèles 3D pourraient même être intégrés aux bons vieux herbiers, sans toutefois les supplanter, croit Marion Leménager. Même s’il est utile de savoir de quoi avait l’air la fleur avant pressage et séchage, l’herbier reste essentiel pour enregistrer où et quand a été récoltée la plante, dans quel milieu, près de quelles autres espèces, etc.
Sans oublier qu’un échantillon physique demeure très précieux. « Beaucoup de recherches étudient la génétique ou la composition chimique de spécimens conservés dans les herbiers », souligne Simon Joly. Difficile en effet de prélever l’ADN d’une fleur virtuelle ! Et les technologies évoluent tellement vite qu’il faut conserver des témoins historiques des plantes, fait remarquer Marion Leménager : « On ne sait pas de quelles techniques on disposera dans le futur… »
Pour explorer les fleurs virtuelles en 3D : sketchfab.com/plantevolution
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- Les « fleurs virtuelles » sont formées d’un nuage de points. Cela permet de caractériser précisément leur forme et facilite les comparaisons. Les fleurs fraîches, elles, sont délicates et périssables, ce qui complique la prise de mesures.
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- Une autre « fleur virtuelle » formée d’un nuage de points.
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- Lors de la prise de photos, le spécimen est épinglé sur un plateau, à proximité d’échelles de mesure et d’une charte de couleurs qui aideront à calibrer l’image. L’épingle sera effacée à l’ordinateur lors du traitement des images.
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- La plante rouge à lèvres (Aeschynanthus pulcher) fait partie de la famille des Gesnériacées, dont Marion Leménager étudie l’évolution. Apparues il y a 10 millions d’années, ces plantes tropicales ont changé de stratégie de pollinisation entre 12 et 15 fois, un taux plus fréquent que pour d’autres familles de plantes à fleurs.
Images: Marion Leménager
