Télécharger, imprimer, sauver les récifs

L'artiste Marie Griesmar emporte un stylo et du papier lorsqu'elle fait de la plongée. La ceinture de plomb attachée autour de sa taille, elle s'agenouille devant les coraux pour en esquisser les formes. Depuis son enfance, le monde sous-marin la fascine. "Quand je regarde un récif corallien, je me sens incroyablement petite. Le récif nous enseigne la relation entre le temps et l'espace", raconte-t-elle avec émotion. Mais ce monde sous-marin fascinant, vieux de plusieurs milliers d'années, commence à s'effriter loin de nos yeux. Le réchauffement des mers entraîne le blanchiment des coraux et la mort de récifs entiers - les habitats sous-marins les plus riches en espèces.

Que pouvons-nous faire tant que le changement climatique n'est pas maîtrisé ? Sous le nom de "RRReefs", Marie Griesmar propose une solution : En collaboration avec la biologiste marine Ulrike Pfreundt, elle a développé à l'ETH des briques imprimées en 3D qui peuvent être assemblées pour former un récif. Des surfaces spéciales créent des tourbillons dans l'eau, ce qui favorise la colonisation des larves de coraux.

Donner un coup de pouce à la reproduction

La plupart des coraux ne libèrent des ovules et des spermatozoïdes dans l'eau qu'une fois par an, au cours de quelques nuits juste après la pleine lune. En effet, les animaux doivent libérer leurs cellules sexuelles au même moment afin de maximiser les chances de fécondation mutuelle. Les ovules fécondés donnent naissance à des larves coralliennes allongées que le courant emporte et qui, avec un peu de chance, sont amenées sur un site approprié où elles peuvent devenir des polypes sédentaires et fonder une nouvelle colonie.

C'est précisément là qu'intervient RRReefs : "Si un récif artificiel permettait d'améliorer les conditions de croissance des larves, nous pourrions aider les coraux à se reproduire", expliquent Griesmar et Pfreundt. "Les coraux ont un taux de reproduction très faible - environ un sur un million", explique Pfreundt, "en tant qu'écosystèmes à longue durée de vie, cela a suffi jusqu'à présent, mais maintenant ils ne parviennent pas à s'adapter et à se recoloniser". Le duo a l'intention de combiner la colonisation naturelle du récif artificiel en briques avec la méthode de "l'évolution assistée". Contrairement à la reproduction asexuée des coraux par ce que l'on appelle le fragging (division des coraux), cette méthode consiste à intercepter les ovules et les spermatozoïdes de coraux plus résistants et à féconder artificiellement les ovules. Cela garantit la variabilité génétique, qui est l'élément clé de l'adaptation à des mers de plus en plus chaudes.

Entre-temps, en tant que population mondiale, nous avons perdu la moitié de tous les récifs coralliens, notamment en raison de leur décoloration. Le réchauffement des mers et la pollution de l'eau perturbent à cet égard la relation symbiotique du corail avec certaines algues, les zooxanthelles. Ce type d'algues produit par photosynthèse de l'oxygène et des sucres, source primaire de nourriture pour les coraux, et leur donne leur couleur. "On suppose que lorsque la température de l'eau est trop élevée, la photosynthèse des algues est perturbée. Elles deviennent alors un parasite pour les coraux, qui les rejettent", explique Pfreundt. En conséquence, le corail se décolore et meurt. Le squelette calcaire du corail commence à s'effriter, laissant derrière lui un cimetière envahi d'algues et d'innombrables animaux marins sans habitat. Marie Griesmar a vécu ce processus de près lors d'une formation de plongée aux Seychelles : "C'était dérangeant à regarder". La disparition de la base de cet écosystème a également de grandes répercussions sur nous, les hommes, car les récifs protègent la ligne côtière de l'érosion et constituent une source de revenus importante pour le tourisme et la pêche.

Coup de chance

"Le problème est un grand défi global qui ne peut plus être résolu au sein d'une seule discipline", estime également la directrice de l'ETH Library Lab Maximiliane Okonnek. Elle avait fait la connaissance de l'artiste engagée lors de sa résidence artistique à San Francisco et lui avait parlé de l'Innovator Fellowship de l'ETH Library Lab. Cette option tombait à pic pour Marie Griesmar. À l'époque, l'artiste avait déjà collaboré avec le Reef Genomics Lab en Arabie saoudite pour développer une architecture sous-marine. "J'avais maintenant besoin de nouvelles technologies comme l'impression 3D pour aller de l'avant", explique-t-elle pour décrire sa motivation à postuler à l'ETH. La collaboration avec le Library Lab de l'ETH a permis de faire d'une pierre deux coups : Griesmar a pu travailler avec l'impression 3D et le Library Lab a eu un aperçu de l'infrastructure de données et d'informations derrière cette méthode. De plus, Griesmar a produit des modèles imprimés en 3D pour le réseau suisse "Material-Archiv". "L'impression 3D prend de plus en plus d'importance dans le domaine scientifique. Pour les bibliothèques, il est important de suivre quelle infrastructure est pertinente pour l'échange d'informations dans ce domaine et comment les données et les logiciels sont traités", explique Okonnek pour illustrer la relation du projet avec l'ETH Library Lab.

Après un pitch réussi pour son projet "Beneath the Sea", Marie Griesmar a reçu le soutien de la chaire d'architecture et de fabrication numérique de l'ETH "Gramazio Kohler Research" et de la Haute école des arts de Zurich (ZHdK) pour mener des recherches sur la fabrication de structures récifales en argile. "Il nous a fallu du temps pour parler la même langue et pour que j'apprenne à dessiner en CAO et à programmer", raconte l'artiste à propos du démarrage. Déjà, trouver les bonnes proportions de mélange pour l'impression 3D avec de l'argile a été une affaire d'essais et d'erreurs pour Griesmar : "Heureusement, l'argile peut être recyclée. L'entreprise familiale locale Bodmer Ton m'en a mis une tonne à disposition".

Indépendamment et à son insu, la biologiste marine Ulrike Pfreundt a travaillé sur le même sujet dans le même bâtiment. Pfreundt a utilisé l'impression 3D à partir de sable pour découvrir quelles géométries pourraient aider les larves à s'installer. "Quand j'ai entendu cela, j'ai tout de suite pensé que nous devions combiner nos forces", raconte Griesmar, une lueur dans les yeux. Les deux chercheurs partagent leur vision d'un récif artificiel créé à moindre coût grâce aux nouvelles technologies et avec l'aide de la population locale, afin de favoriser la régénération de l'écosystème.

La question de recherche commune a donné lieu à la thèse MAS DFAB "Computational Clay Coral Cities", à laquelle la chaire de Digital Building Technologies a également participé. Deux étudiants en master du Département d'architecture ont étudié les possibilités de Rapid Clay Formations pour la formation de récifs. Rapid Clay Formations désigne une méthode dans laquelle des bras robotisés saisissent des morceaux d'argile cylindriques et les pressent les uns contre les autres selon des paramètres prédéfinis. Les étudiants ont eu recours aux données du Marine Research and High Education Center (MaRHE) et les chercheurs de la chaire Environmental Fluid Mechanics ont étudié l'évolution des courants le long du récif artificiel.

Nourrie par les découvertes multidisciplinaires, Griesmar a décidé de produire sa propre structure en utilisant le procédé classique d'impression 3D en argile. "Ainsi, nous avons besoin de moins de matériaux et, deuxièmement, les briques et les imprimantes sont plus faciles à transporter, ce qui permet de mieux s'adapter aux conditions locales", estime l'artiste. Avec l'aide du programmeur Jonas Ward Van den Bulcke, elle a imprimé des éléments de construction qui disposent de deux décisions et peuvent donc être empilés. Une fois assemblés, ils forment une structure robuste qui répartit les forces extérieures. "Je voulais créer un système modulaire qui soit facile à installer, ludique et esthétique", explique Griesmar pour décrire son système de briques. Les résultats des recherches de Pfreundt ont été pris en compte : "Pour les larves, la surface rugueuse de l'argile est idéale. Les saillies latérales de l'ordre du centimètre les protègent du sable et des gueules affamées des poissons", explique la biologiste marine. Des échantillons des structures de surface de Griesmar sont actuellement suspendus dans l'océan Indien, où les chercheurs du MaRHE observent la colonisation des larves de coraux.

Des Lego avec un arrière-plan scientifique

"L'ETH Library Lab m'a aidé à trouver les bonnes personnes et m'a apporté un soutien méthodologique dans mon parcours multidisciplinaire. Cela a été très précieux", déclare Griesmar. Après son fellowship à l'ETH, elle a fondé avec Pfreundt l'ONG "RRReefs" - abréviation de Rethinking, Rebuilding, Regenerating Reefs. "Nous voulons trouver une approche globale du problème et impliquer les communautés locales", explique Griesmar. Elle s'appuie sur le système de briques RRReefs qu'elle a développé. Dans le cadre d'ateliers, elles souhaitent mettre en place deux sites pilotes en Colombie et aux Maldives, en collaboration avec des bénévoles. "Si je peux amener les gens à ressentir la majesté du récif, à ne pas perdre espoir ou même à agir, c'est un bon début pour moi", estime Griesmar. Le duo souhaite partager ses connaissances sur la manière de construire un récif et de le surveiller. "Les récifs construits jusqu'à présent n'ont pas été surveillés et évalués de manière cohérente", estime Pfreundt en tant que biologiste. C'est pourquoi ils ont l'intention de documenter la richesse des espèces et la croissance des coraux pendant au moins deux ans sur leurs récifs pilotes. Les connaissances et les bénéfices seront réinjectés dans la recherche et dans le projet, ce qui leur permettra d'améliorer constamment leur approche.

RRReefs s'est fixé pour objectif de produire 200 briques par site et de les expédier sur les lieux d'utilisation. "Il y a beaucoup de travail manuel et de temps derrière, surtout dans la préparation des matériaux", explique Griesmar. C'est pourquoi un crowdfunding est actuellement en cours, grâce auquel les soutiens peuvent financer une telle tuile ou participer directement à la construction du récif. À l'avenir, des locaux formés pourraient toutefois télécharger eux-mêmes les données, imprimer les éléments de construction et les placer dans la mer. D'ici là, l'équipe doit encore trouver une solution pour simplifier le processus de cuisson des briques, par exemple avec des additifs qui permettent une température de cuisson plus basse. Mais la passion avec laquelle les deux chercheuses affrontent le changement climatique laisse supposer qu'elles trouveront rapidement la réponse.