14 Les sciences participatives et la collecte de données naturalistes

Olivier Leclerc : Vous êtes en charge du programme Vigie-Nature au Muséum National d’Histoire Naturelle, à Paris. De quoi s’agit-il?

Romain Julliard : Le Centre d’écologie et des sciences de la conservation mène des recherches sur les relations entre sociétés et biodiversité. Nous nous intéressons à l’état de la biodiversité à l’échelle métropolitaine. Pour cela, nous constituons des bases de données, en nous appuyant sur des réseaux de volontaires pour mener des observations. C’est ce que l’on appelle aujourd’hui les sciences participatives. Dans les sciences naturelles, l’association de volontaires à une démarche de recherche est ancienne. On retrouve dans les guides édités par le Muséum au XVIIIe et au XIXe siècle des conseils à l’attention des voyageurs sur la manière de collecter des spécimens qui devaient ensuite être expédiés au Muséum pour constituer des collections. Dès cette époque, le matériel de recherche du Muséum était alimenté par des amateurs qui recevaient des consignes pour cela. Cette démarche s’est retrouvée aussi dans les sociétés savantes et les associations naturalistes, où des amateurs ont constitué des bases de données, alimentées par leurs observations, en vue de produire des connaissances.

Un exemple emblématique de cette démarche est le programme de sciences participatives consacré au bagage des oiseaux. Le CRBPO (Centre de Recherches sur la Biologie des Populations d’Oiseaux) est un organisme qui organise le bagage des oiseaux en France depuis les années 1930. Pour cela, le CRBPO forme les bagueurs, leur délivre des autorisations de capture – en dérogation à la loi qui interdit de capturer des espèces protégées – en échange de la garantie que ces données serviront à l’amélioration des connaissances.

C’est à partir du CRBPO que s’est construit Vigie-Nature. En 1989, le CRBPO a proposé aux ornithologues de suivre des protocoles pour mesurer les variations des populations d’oiseaux. C’est le programme STOC (Suivi Temporel des Oiseaux Communs), qui marque une nouvelle étape dans les sciences participatives, en associant des ornithologues de toutes obédiences. Il ne s’agit pas de s’intéresser aux seuls oiseaux rares – comme les ornithologues aiment à le faire –, mais de suivre les oiseaux communs. Ce déplacement conduit aussi à s’intéresser aux raisons des variations que connaissent les populations d’oiseaux, et donc finalement aux pressions d’origine anthropique, liées en particulier aux pratiques agricoles, aux usages des pesticides, etc. C’est un changement par rapport à la démarche classique du naturaliste qui inventorie, produit des cartes de distribution qui, dans une certaine mesure, essayent de faire abstraction de l’homme, comme si elles permettaient de reconstituer une vérité intemporelle sur les lieux où l’on trouve les espèces, sur la manière dont elles ont colonisé un milieu… Avec le suivi temporel, au contraire, on essaye de mesurer le plus précisément possible les dynamiques en cours pour comprendre les mécanismes en jeu et notamment la conséquence des pressions sur ces variations.

Le Muséum demande aux naturalistes de suivre un protocole pour le recueil des données d’observation. Ce protocole doit être strict pour garantir la qualité des données collectées. Comment ce protocole est-il élaboré? Comment tenir compte du fait que les données seront collectées par des non-spécialistes sans altérer la qualité des données et leur utilité pour la recherche?

Si l’on veut comprendre les variations des effectifs d’oiseaux communs, on a besoin de mesures qui permettent de saisir ces variations dans le temps et dans l’espace – et donc de mesures standardisée, calibrées, qui permettent ces comparaisons. Pour proposer un protocole à un grand nombre d’observateurs, il faut le simplifier de telle sorte qu’il soit interprété de la même façon par tous les participants. Ainsi, il a été décidé de demander aux observateurs de consacrer cinq minutes d’observation, très précisément, et de répéter cette observation aux mêmes endroits chaque année, à peu près à la même date, à la même heure, dans les mêmes conditions météorologiques. Pendant ces cinq minutes, l’ornithologue doit noter et estimer tous les individus de chaque espèce qu’il détecte, soit à la vue, soit au chant (on parle en général de « points d’écoute » même si on note aussi ce que l’on voit).

Le fait que le même ornithologue revienne chaque année au même endroit permet de contrôler l’inévitable hétérogénéité entre les observateurs. Deux ornithologues, même les plus aguerris, n’ont pas tout à fait la même façon d’interpréter le nombre d’alouettes qui chantent au même moment ou d’entendre des espèces plus ou moins loin dans le paysage sonore. Nous ne gommons donc pas l’hétérogénéité, mais nous essayons de la contrôler au maximum, notamment en invitant l’ornithologue à revenir lui-même faire ses observations. Cela fait partie constituante de la donnée : quand un observateur s’arrête, on n’essaie pas de lui trouver un remplaçant, chaque nouvel arrivant se voit attribuer de nouveaux points à suivre.

Au début du programme STOC, le plan d’échantillonnage était au libre choix des ornithologues qui choisissaient ce que l’on appelait à l’époque des routes – le participant distribuait des points d’écoute le long d’un itinéraire –. A la fin des années 1990, le programme STOC était quelque peu en déshérence, faute de coordination. Frédéric Jiguet et moi-même, tous deux alors jeunes ornithologues fraîchement arrivés au Muséum, avons modifié la méthode d’attribution du périmètre suivi par l’observateur. En 2001, nous avons introduit un tirage aléatoire des sites suivis pour les nouveaux participants : on propose de suivre un carré de 2 kilomètres sur 2 tiré au sort dans un rayon de 10 kilomètres autour du domicile de l’observateur; ce qui fait un carré parmi 80 possibles environ. Cette nouvelle méthode d’attribution a plusieurs avantages. D’abord, elle permet d’envoyer l’ornithologue dans ce qu’il est convenu aujourd’hui d’appeler la nature ordinaire. Il peut s’agir tout aussi bien de campagne cultivée, d’une banlieue ou d’espaces plus remarquables. Ensuite, le fait que le carré suivi soit tiré au sort à proximité du domicile de l’observateur lui donne une certaine responsabilité, l’aide à se sentir investi, et finalement encourage sa participation.

Les effets de ce changement ont été concluants : le réseau a été multiplié par cinq en quelques années, par rapport à ce qu’il était avant le tirage aléatoire. On a atteint jusqu’à 1000 carrés suivis chaque année, ce qui représente des masses de données considérables. Notre interprétation est qu’en introduisant ce tirage aléatoire on donne aussi plus de valeur aux données, et plus de possibilités pour l’observateur d’évaluer l’intérêt de ces données, et finalement d’y consacrer du temps. Cela renforce la confiance que les participants ont dans le projet d’observation et, dans le même temps, la qualité de leur investissement. C’est une composante très importante de la participation : les participants doivent avoir confiance dans le projet de recherche – comprendre les variations des populations d’oiseaux – et, réciproquement, les chercheurs doivent avoir confiance dans les participants et dans leur capacité à respecter les consignes. Cette confiance réciproque entre les chercheurs et les participants est la relation fondamentale des sciences participatives.

Comment joue la composante du temps dans la construction de cette confiance? Par exemple, est-ce que vous prenez en compte les données dès la première année de recueil ou est-ce que vous attendez que l’observateur se soit « fait la main »?

On peut effectivement mesurer un « effet première année » dans les données. Mais celui-ci vient moins de l’apprentissage du protocole que de l’apprentissage du terrain, de la découverte de l’endroit où se fait l’observation. La première fois que l’on est dans un endroit, au premier rouge-gorge que l’on détecte, on se dit : « Tiens, un rouge-gorge ». Il y a donc une petite diminution de la détectabilité, liée à la surprise de trouver l’espèce. L’année suivante, au contraire, on s’attend à ce qu’il y ait des rouges-gorges, et donc on les détecte plus vite. Cet effet lié à la première observation est visible dans les données. Mais on peut contrôler statistiquement ce biais. Il n’est donc pas nécessaire de supprimer la donnée de la base; mieux vaut utiliser les données autant que possible. Le fait que la même personne recueille les mêmes données chaque année permet de contrôler l’effet lié à l’observateur. On fait l’hypothèse que l’hétérogénéité des observateurs se distribue de manière homogène : les ornithologues des villes ne sont pas plus mauvais ou meilleurs que les ornithologues de la campagne, les Méditerranéens observent de la même façon que les Bretons… En tout cas, on peut raisonnablement supposer que l’hétérogénéité a la même distribution le long du gradient que l’on analyse.

Ces données permettent de faire apparaître des variations spatiales, de comparer les abondances ou la diversité des communautés entre paysages, entre régions en reconstituant des gradients paysagers. On peut ainsi calculer de manière très précise les relations entre l’abondance et les caractéristiques paysagères. En revanche, ces données sont moins intéressantes pour d’autres usages. Par exemple, ces données sont assez mauvaises pour faire des cartes de distribution. Car dans la carte de distribution traditionnelle, chaque erreur qu’on ne contrôle pas peut entraîner de vrais biais, c’est-à-dire un écart systématique par rapport à la réalité.

Ces ornithologues – et plus largement ces naturalistes – sont bien souvent impliqués dans des associations. Vous avez moins affaire à des amateurs isolés qu’à des associations d’amateurs, et à des réseaux d’associations. Quels sont les partenaires du Muséum pour les opérations des sciences participatives?

Il existe un partenariat à deux niveaux. D’abord, il y a une relation – que l’on peut qualifier de virtuelle – entre le chercheur et le participant, qui passe par les données, le protocole et la confiance qu’ils s’accordent mutuellement. Ensuite, il y a les associations qui nourrissent cette relation par des Newsletters, des courriels de relance, des réunions locales entre observateurs. Cette activité d’animation est absolument indispensable. Elle permet notamment la construction d’un lien social entre les participants. La dynamique des sciences participatives est favorisée par l’existence d’un sentiment d’appartenance à une communauté, dans laquelle se construit une réputation. En outre, la dimension collective du projet consistant à contribuer à l’amélioration des connaissances par le chercheur coexiste souvent avec des projets collectifs à plus petite échelle : que ce passe-t-il dans mon département ou ma région? Les associations ont donc un rôle important pour le fonctionnement des sciences participatives. À telle enseigne que l’on voit très bien, quand on regarde une carte de France, que la distribution assez hétérogène de densité des points d’écoute est liée à l’animation locale. Par exemple, le Limousin a un pool de points d’écoute très important et un tissu associatif vraiment fort. Inversement, la région Centre, où il y a pourtant beaucoup d’ornithologues professionnels et des zones d’intérêt, a relativement peu de participants; le tissu associatif n’offre pas un relais d’animation suffisant.

Que deviennent les données collectées? Elles contribuent à des recherches, mais peuvent-elles aussi avoir d’autres usages, par exemple pour éclairer des décisions publiques d’aménagement?

Les données sont principalement utilisées pour la recherche. La première publication scientifique dans une bonne revue internationale a eu lieu en 2003. Aujourd’hui, on a plus de 70 publications de même niveau réalisées à partir de ces données. La valorisation des données croît de manière exponentielle. C’est typique de ce qui se passe en recherche : plus on apprend d’un objet d’étude, plus l’objet devient riche et générateur de nouvelles recherches. À cela s’ajoute que la base de données s’enrichit chaque année : cette profondeur temporelle permet de nouvelles explorations. Aujourd’hui, 5 à 10 chercheurs, doctorants, post-doctorants exploitent ces données.

En dehors de leur utilisation pour la recherche, les données que nous collectons servent aussi à élaborer des indicateurs pour évaluer l’état de santé de la biodiversité. Un des résultats majeurs auxquels nous sommes parvenus, c’est le déclin des espèces d’oiseaux spécialistes, par exemple les espèces spécialistes des milieux boisés ou des milieux ouverts, en particulier celles qui se sont adaptées au milieu agricole traditionnel (alouettes, linottes, perdrix, bruants…). La dégradation des habitats pénalise les espèces spécialisées. Inversement, on constate une relative bonne santé, voire la croissance, des espèces généralistes (pigeons ramiers, corneilles, merles, pinsons). Sur la base de ces données, on peut étudier comment fonctionnent les communautés d’espèces spécialistes par comparaison avec les communautés d’espèces généralistes. Les unes et les autres ne fonctionnent sans doute pas de la même manière : les spécialistes sont plus résilientes dans leurs habitats de prédilection, alors que les généralistes ont des dynamiques plus opportunistes avec moins de régulation. Ces résultats nous permettent de construire des indicateurs. Par exemple, le rapport entre espèce généraliste et spécialiste, à un moment donné, en un lieu donné, est un indicateur de l’intégrité de ces communautés. Ces indicateurs nous permettent aussi d’opérer des comparaisons, et finalement de disposer d’un indicateur global de la santé des populations. C’est cet indicateur de référence du développement durable qui est utilisé en France et au niveau européen pour documenter l’état de la biodiversité.

Il y a certainement des bases de données équivalentes à l’étranger, au Royaume-Uni par exemple, où il existe une importante communauté d’observateurs dans le domaine ornithologique. Ces bases de données nationales peuvent-elles être interconnectées? Cela reste-t-il pertinent de traiter les données à cette échelle?

Un collectif européen s’est constitué autour des suivis d’oiseaux communs. Des données agrégées sont mises en commun, notamment les dynamiques temporelles par pays pour chaque espèce. Cela permet de faire des analyses à l’échelle européenne. Il est vrai que le protocole et les points d’échantillonnage varient d’un pays à l’autre, en fonction de la culture et de la tradition ornithologique. Par exemple, en Angleterre on n’a pas mis en place des points d’écoute mais des transects d’un kilomètre. Mais, d’une manière ou d’une autre, chaque pays mesure un indice d’abondance. Et la variation de cet indice est comparable quel que soit le protocole et la méthode, ce qui permet de consolider les données.

Le programme STOC n’est pas le seul programme de science participative au sein du Muséum national d’histoire naturelle. La plateforme Vigie-Nature englobe d’autres projets de science participative. On a assisté à une diffusion de ces programmes au-delà de la matrice de l’ornithologie.

C’est tout à fait exact. Au moins trois facteurs ont contribué à l’expansion des sciences participatives proposées par le Muséum. En premier lieu, les premières publications scientifiques entre 2000 et 2005 ont démontré la pertinence scientifique de ces suivis. En deuxième lieu, à cette même époque, les politiques ont exprimé fortement leur besoin de disposer d’indicateurs de l’état de la biodiversité. L’indicateur STOC – qui reflète la variation moyenne des populations d’oiseaux communs – a été immédiatement adopté à ce moment-là à l’échelle nationale et européenne. L’offre est arrivée au moment où le besoin apparaissait. En troisième lieu, le concept de citizen science, qui vient du Royaume-Uni et des États-Unis, est devenu à la mode comme une nouvelle manière de pratiquer la recherche et de rénover les relations sciences-société. Cette triple injonction scientifique, politique et sociale a favorisé le développement des programmes de science participative.

À partir de 2005, nous avons diversifié nos observatoires en mobilisant d’autres réseaux de naturalistes, par exemple ceux intéressés par les chauves-souris, la flore, les libellules, les papillons. Dans le même temps, nous avons élargi les publics visés vers les non-naturalistes en créant l’observatoire des papillons des jardins qui propose à des néophytes de compter les papillons dans leur jardin. C’était là un vrai pari mais le succès a été immédiat. 3 500 participants actifs ont déposé des données la première année. Ce chiffre s’est maintenu jusqu’en 2010. Les données recueillies ont permis de réaliser huit publications, notamment sur la manière dont les papillons peuvent ou non entrer dans la ville et sur la manière dont ils dépendent des pratiques d’entretien du jardin. Nous avons montré que les « bonnes » pratiques dans le jardin ont tendance à plus favoriser les espèces qui ont du mal à entrer dans la ville et qu’elles peuvent donc compenser, dans une certaine mesure, l’effet de l’urbanisation. Changer nos pratiques dans un sens plus favorables à la biodiversité a un effet significatif, non seulement en favorisant les espèces déjà présentes mais aussi en permettant à d’autres espèces de persister en ville. Depuis 2006 d’autres protocoles ont été proposés au grand public, par exemple le Suivi photographique des insectes pollinisateurs (SPIPOLL). Ce programme est innovant car nous avons utilisé la photographie numérique pour collecter des informations sur ce groupe extraordinairement diversifié que sont les insectes qui visitent les fleurs. Le principe est de faire une collection photographique de tous les insectes qui fréquentent une espèce de plante à un endroit donné que le participant va ensuite trier, recadrer afin de les mettre en collection. Le participant doit également déterminer le nom de l’insecte à l’aide d’un outil d’identification en ligne et partager ses collections avec la communauté. Bien sûr, la photo numérique ne permet pas toujours de déterminer les espèces avec une grande précision, mais le programme s’appuie sur une clé d’identification de 630 espèces ou groupes d’espèces, ce qui est déjà assez remarquable!

Les participants qui n’avaient pas de compétence particulière au départ acquièrent finalement des connaissances naturalistes assez fines.

C’est vrai, mais cette compétence est controversée dans le monde naturaliste. Certains diront que les participants ne deviennent pas spécialistes des insectes, comme le serait un entomologiste professionnel, mais des experts du SPIPOLL. La clé d’identification propre au SPIPOLL respecte rigoureusement la taxonomie sous-jacente ce qui conduit a retenir des dénominations plus générales, comme les bourdons noirs et jaunes, les bourdons noirs, blanc et jaunes, quand les connaissances ne permettent pas d’être plus précis. Malgré tout, les participants deviennent des experts de cet univers, qui démocratise l’entomologie puisqu’il permet de découvrir son incroyable diversité, ainsi que l’écologie de ces espèces. On constate que les observateurs sont avides d’en apprendre toujours plus. Et l’information qu’ils contribuent à réunir permet d’acquérir des connaissances nouvelles sur l’écologie des espèces communes, sur les complémentarités entre elles, sur leurs liens avec tel ou tel type de fleur, etc.

Comment rendez-vous compte dans les publications scientifiques de la contribution que les amateurs ont apportée à la collecte des données?

Au minimum, la contribution des amateurs est signalée dans les remerciements qui accompagnent la publication. Le fait que les données ont été collectées par des amateurs dans un cadre de science participative est plus ou moins mis en avant selon les journaux scientifiques. Une étude récente a montré que les deux tiers des études sur l’impact du réchauffement climatique sur la biodiversité s’appuient sur les données de science participative mais que seulement un tiers d’entre elles le notent explicitement dans le titre ou le résumé de la publication; pour les deux tiers restants il faut aller chercher dans le texte pour en trouver la mention.

Cette étude est révélatrice des pratiques d’attribution scientifique, mais dans le même temps elle montre l’importance considérable des sciences participatives dans certains domaines.

À certaines échelles de temps et d’espace, on ne peut pas se passer de données d’amateurs pour étudier la biodiversité. De manière générale, on peut dire que la science participative est une réponse à des enjeux complexes. La complexité vient de la variété des pressions qui s’exercent sur la biodiversité. Pour en comprendre le fonctionnement, on a absolument besoin de données. On a besoin de collaboration entre recherche académique et citoyens non chercheurs pour être plus forts ensemble.

Dans cette perspective, nous avons expérimenté l’année dernière l’idée de co-construire des projets de sciences participatives avec des citoyens. Pour cela, nous avons mis en place des techniques d’animation, destinées à demander à des citoyens quelles questions leur paraissaient rester en suspens et quels programmes de sciences participatives pourraient être imaginés. Le dispositif a permis de faire ressortir de bonnes idées, comme la proposition de créer un observatoire des lichens pour mesurer la pollution. Mais à la question de savoir quel protocole il faudrait mettre en place pour cela, la réaction a toujours été de renvoyer cela vers les scientifiques dont c’est le travail. Cela nous a permis de constater que la science participative ne revient pas à dire que nous sommes tous chercheurs, mais que chacun peut avoir une place dans un projet commun collectif, et reconnaît la place des différents acteurs. La science participative a pu être mal comprise dans le milieu de la recherche académique : on ne forme pas des chercheurs; on fait un projet de recherche où chercheurs académiques et citoyens non chercheurs ont leur place, leur rôle, leur nécessité. Expliciter cela est du devoir d’un projet de sciences participatives.