Des scientifiques ont numérisé 13 000 animaux en 3D. Voici le résultat!

Sur fond noir, collage de 4 scans d'animaux: un Tatou à queue nue du Chaco, une Grenouille Hemisus guineensis, une rascasse californienne et un crâne de crocodile du Nil.

Une gigantesque collection de vertébrés numérisés en 3D est disponible en ligne gratuitement. Une visite zoologique inusitée!

Mâchoires de requin, serpent dans le formol, tête de rhinocéros naturalisée… Les musées d’histoire naturelle possèdent dans leurs collections d’innombrables spécimens de vertébrés, mais ceux-ci sont bien souvent rangés à l’abri des regards du public. Quant aux scientifiques qui voudraient les examiner de près, ils doivent se déplacer, parfois de très loin, et même attendre leur tour pour examiner les plus populaires !

Le problème est en partie réglé, grâce à la base de données accessible gratuitement openVertebrate : une gigantesque collection virtuelle de 13 000 modèles 3D de poissons, d’amphibiens, de reptiles, d’oiseaux et de mammifères – soit 80 % de tous les genres de vertébrés !

Les images les plus spectaculaires ont été obtenues par rayons X, puis colorées par traitement informatique. Résultat à l’écran : on peut non seulement admirer, par exemple, un squelette de tatou sous sa carapace, mais aussi l’examiner sous tous les angles et en gros plan en le manipulant avec sa souris d’ordinateur.

« Dès le départ, nous voulions monter une base de données utile pour les scientifiques, mais aussi accessible aux enseignants et au public », déclare David Blackburn, leader du projet et conservateur du Musée d’histoire naturelle de Floride, affilié à l’Université de Floride.

Il raconte que, dans les années 2010, plusieurs équipes de recherche menaient des projets de numérisation 3D à petite échelle, sur leur groupe de vertébrés préférés. C’était le cas d’Adam « Fish Guy » Summers, biologiste aux Friday Harbor Laboratories, dans l’État de Washington. Il publiait déjà des squelettes de poissons en 3D sur Twitter (aujourd’hui X) lorsqu’il a lancé le mot-clic #Scanallfish en 2016.

Quand David Blackburn a découvert ces publications, il a répliqué avec humour qu’il « scannerait toutes les grenouilles », ses vertébrés favoris au cœur de ses propres recherches. Puis, ils ont réuni d’autres collègues et ont formé l’équipe à l’origine d’openVertebrate, qui a eu accès aux collections de seize musées américains.

Éventail de techniques

Pour tirer le portrait de tous ces animaux, les scientifiques ont employé plusieurs techniques. Les représentations 3D des squelettes ont été réalisées par tomodensitométrie (TDM). Pour cela, on fait tourner le spécimen sur lui-même devant une caméra à rayons X qui prend une série de radiographies. Puis un ordinateur compile ces images, prises à des angles légèrement différents, afin de produire une image en trois dimensions. Cette technologie est courante en médecine (on parle aussi de CT scan) : c’est alors la caméra qui tourne autour du patient ou de la patiente.

Pour voir les organes internes d’un spécimen par TDM, il faut que ceux-ci soient en bon état. On choisit donc des animaux préservés dans un liquide, comme l’alcool. Puis, on injecte dans leurs organes une substance qui bloque les rayons X. Ainsi, ces derniers deviennent aussi visibles que les os sur les radiographies. Il ne reste qu’à les colorer informatiquement pour bien les distinguer.

L’équipement de TDM fonctionne bien avec les spécimens de petite taille. Mais que faire avec un animal plus gros, comme un crocodile du Nil ? « En parallèle avec la TDM, nous avons rapidement lancé des sous-projets de numérisation à l’aide d’autres technologies, comme les numériseurs de surface portatifs », répond David Blackburn. Les scientifiques partaient dans ce cas du squelette, et numérisaient la forme de chaque os individuellement pour reconstituer ensuite le squelette virtuellement.

Dernière technologie utilisée : la photogrammétrie. Le principe est semblable à celui de la TDM, mais au lieu d’un appareil à rayons X, on se sert d’un appareil photo classique. Résultat : on reproduit l’aspect extérieur de l’animal en 3D, avec les couleurs et la texture de sa peau.

Un article de Bioscience de mars 2024, cosigné par David Blackburn, détaille la réalisation de cette collection, ainsi que les défis que représente la gestion en ligne des quantités astronomiques de données obtenues. En résumé, toutes les données brutes, destinées aux scientifiques, se retrouvent sur le site Web de MorphoSource. De leur côté, les images 3D assemblées pour le public sont stockées sur Sketchfab, un site plus convivial, que David Blackburn décrit comme « un réseau social sur lequel des artistes partagent leurs créations en 3D ».

Les animaux et les squelettes d’openVertebrate peuvent être imprimés en 3D, pour en étudier la biomécanique, les montrer aux élèves ou les exposer dans son salon.