"Je ne pensais pas pouvoir utiliser les maths pour étudier la nature"

A un jet de pierre du Rhône et de la gare de Sion, le bâtiment d’architecte en verre flambant neuf détonne à côté de deux garages automobiles. C’est là, en attendant l’ouverture de leurs laboratoires dans un bâtiment en construction non loin, que les deux professeurs de la Faculté de l’environnement naturel, architectural et construit (ENAC) présents à Sion sont installés. Au premier étage, derrière une porte en verre elle aussi, l’équipe de Devis Tuia a pris ses quartiers. Avec un grand sourire qui ne le quittera plus pendant tout l’entretien, le chaleureux tessinois met immédiatement à l’aise. 

Plus récent professeur de l’ENAC, arrivé en septembre, il n’a pas encore eu le temps de déballer une bonne partie de ses cartons, plongé dans le travail et la création de son laboratoire, l’ECEO (Laboratoire de science computationnelle pour l’environnement et l’observation de la Terre). « J’ai enfin fini par me décider pour le nom. C’est très dur ! » plaisante-t-il. « On étudie tout ce qui se passe à la surface du globe grâce à l’analyse d’images, avec plusieurs méthodes, du drone au satellite. On va travailler principalement sur la télédétection et le machine learning (l’apprentissage automatique, une forme d’intelligence artificielle), pour extraire de l’information qui peut être utilisée pour résoudre des questions environnementales importantes. »

Après quatre ans à l’Université de Wageningue aux Pays-Bas, dont deux en tant que professeur ordinaire, il dit venir avec grand plaisir au pied des Alpes dans le canton d’origine de son épouse, le Valais, où l’EPFL possède une de ses antennes. Il mettra ses talents de spécialiste de la télédétection et de l’analyse de l’image au service de la recherche, notamment le monitoring des glaciers, et de l’enseignement, comme professeur associé. « Certains de mes collègues se sont étonnés que je laisse mon statut de prof ordinaire. Ça ne m’a pas tellement dérangé », confie-t-il, modeste. 

Protéger la nature

C’est avant tout la passion qui guide le travail de Devis Tuia. Originaire de Mendrisio, dans le Tessin, ce parfait francophone rejoint Lausanne en 1999 pour faire son bachelor en géographie à l’UNIL. « Depuis le gymnase, j’ai cette attirance pour la géographie : comprendre l’espace, comment il interagit avec l’humain. Et j’ai toujours aimé la nature, me balader en montagne ; je suis un plongeur acharné. La nature est quelque chose qu’il faut protéger, quelque chose de beau, de vivant. » Les yeux brillants, il évoque sa première rencontre avec des baleines à bosse, lors d’une plongée en Australie.

Le déclic vient pendant les études. Devis Tuia s’intéresse vite à la statistique, puis commence à prendre un cours comme externe en télédétection dans le programme de sciences et ingénierie de l’environnement de l’ENAC. « J’étais relativement bon en maths, mais je n’aurais jamais imaginé pouvoir utiliser cette compétence pour l’étude de la nature. Ce cours m’a montré que je pouvais utiliser la technologie pour avoir un impact sur l’environnement, et là ça été l’explosion. Depuis, personne n’a jamais réussi à me faire changer de voie ! » 

Interaction homme-machine

Son master en poche, Devis Tuia continue avec un doctorat, toujours à l’UNIL, sur le développement de méthodologies de traitement des données satellitaires à haute résolution. « J’ai développé des méthodes de machine learning, mes travaux étaient les premiers à appliquer ce genre de technologies à l’environnement. J’avais pas mal mis l’accent sur les méthodes interactives et l’interaction homme-machine. C’est une chose qui m’a un peu défini dans ma carrière. ». Quand il part en Espagne en 2010 pour faire son postdoc à l’université de Valence, Devis Tuia quitte son groupe de rock, Synsòma, mettant en pause une autre de ses passions, la guitare basse.

Le chercheur revient à Lausanne un an plus tard, où il travaille à l’EPFL sur l'adaptation de modèles et de méthodes aux nouvelles conditions d'acquisition dans le traitement d'images satellitaires. Toujours en avance, il s’intéresse très vite au deep learning, un type d'intelligence artificielle dérivé du machine learning permettant à l’ordinateur d’être capable d'apprendre par lui-même. A l’Université de Zurich, où il obtient son premier poste de professeur assistant grâce à un programme du Fonds national suisse, il se retrouve très exposé à cette technologie, notamment par le biais d’un de ses postdocs. « On a commencé à travailler sur ‘l’AI for EO’, l’intelligence artificielle pour l’observation de la terre. On a pu développer le deep learning pour la télédétection. C’était une période super excitante car tout était nouveau, on était parmi les premiers. C’est la technologie qu’il nous fallait. Et on surfe sur la vague depuis six ans ! »

"Il faut aller beaucoup plus loin"

Devis Tuia s’installe à Wageningue en 2017, où ses enfants ont le temps d’apprendre le néerlandais. Il y poursuit ses recherches en application du deep learning aux données géospatiales, pour comprendre les systèmes urbains via l'exploration de données et l'apprentissage à partir de sources de données massives et multimodales. Avec son post doctorant Benjamin Kellenberger, qui l’a depuis suivi à Sion, il publie en 2018, dans Remote Sensing of Environment, un article remarqué sur l’usage du deep learning pour compter rapidement et précisément les animaux dans un parc national de Namibie. 

« Ici à Sion, j’aimerais aller au-delà du transfert de la technologie du machine learning vers la télédétection. On est arrivés vers de bons résultats, mais il faut aller beaucoup plus loin. » Toujours aussi enthousiaste, Devis Tuia se réjouit de retrouver en Valais des thématiques de recherche proches de la nature, et a déjà de nombreux projets de collaboration avec d’autres laboratoires du l’EPFL.