ForamJ – Un outil pour l’analyse reproductible et semi-automatisée d’ensembles de données microtomographiques de foraminifères

Pourquoi ces minuscules coquilles océaniques comptent

Sur le fond marin, d’innombrables coquilles microscopiques produites par des organismes unicellulaires appelés foraminifères s’accumulent lentement sur des millions d’années. Ces structures infimes enregistrent les conditions de l’eau de mer passées et aident les scientifiques à reconstituer les climats anciens. Un nouvel outil numérique nommé ForamJ facilite et accélère la conversion des balayages radiographiques tridimensionnels de ces coquilles en données mesurables, ouvrant la voie à des études climatiques et écologiques plus nombreuses et plus détaillées basées sur ces fossiles minuscules.

Une loupe numérique pour les coquilles fossiles

La microtomographie (micro CT) est comparable à un scanner médical adapté aux objets de l’ordre du millimètre. Elle permet aux chercheurs de voir à la fois la surface extérieure et les chambres internes des foraminifères sans les détruire. Jusqu’à présent, les scientifiques souhaitant mesurer des caractéristiques telles que le volume de la coquille ou l’épaisseur des parois devaient recourir à un traçage manuel lent dans des logiciels commerciaux coûteux. Cela limitait le nombre de spécimens analysables et rendait difficile pour différents laboratoires de suivre exactement les mêmes étapes, ce qui est important pour constituer des archives climatiques globales à partir de multiples sites.

Un outil gratuit pensé pour des ordinateurs courants

ForamJ est un module gratuit qui s’exécute dans les logiciels d’imagerie ImageJ et Fiji largement utilisés, qui prennent déjà en charge de nombreux types d’images biologiques. Les auteurs l’ont conçu autour de cinq objectifs pratiques : qu’il soit facile d’utilisation pour les débutants, qu’il fonctionne sur des ordinateurs portables standards, qu’il repose uniquement sur des logiciels ouverts, qu’il produise des sorties numériques cohérentes et qu’il puisse traiter de nombreux scans en une seule passe. ForamJ guide l’utilisateur à travers une série d’étapes, depuis l’ouverture de piles d’images en niveaux de gris jusqu’au réglage de l’échelle, au nettoyage des sédiments emprisonnés dans les chambres et à la séparation de la coquille de l’arrière-plan pour permettre des mesures en trois dimensions.

Du scan brut aux caractéristiques significatives de la coquille

Dans les coulisses, le module applique une chaîne d’opérations d’image à chaque scan. Il atténue le bruit, conserve seulement le plus grand objet afin d’éliminer les grains errants, et construit une version « remplie » de la coquille où les espaces ouverts sont fermés pour estimer le volume total et la surface. Il sépare ensuite la paroi externe des parois internes entre les chambres et, à l’aide d’outils intégrés, calcule l’épaisseur de ces parties. ForamJ isole aussi l’espace vide de chaque chambre et utilise une méthode semi-automatisée pour diviser cet espace en chambres distinctes même si certaines parois sont partiellement dissoutes. Pour chaque chambre, il enregistre son volume, sa position et sa luminosité, et il sauvegarde à la fois les images traitées et tous les paramètres utilisés, de sorte que les résultats puissent être vérifiés ou reproduits ultérieurement.

Tester l’outil sur des coquilles anciennes et modernes

Pour démontrer les capacités de ForamJ, les chercheurs l’ont appliqué à deux jeux de données distincts de foraminifères. D’abord, ils ont examiné sept espèces benthiques bien préservées provenant de sédiments âgés de 56 millions d’années forés au large du New Jersey. En comparant les sorties de ForamJ avec un travail manuel exigeant réalisé dans un logiciel commercial, ils ont constaté que le volume de la coquille différait d’environ un pour cent et que la correspondance des segmentations détaillées était très proche, tandis que le temps de traitement par spécimen chutait à quelques minutes sur un ordinateur portable ordinaire. Les mesures ont révélé de grandes différences entre individus pour la taille de la coquille, l’épaisseur des parois, la porosité et la manière dont les volumes des chambres croissent depuis le centre vers l’extérieur.

Explorer la variété des architectures de coquilles flottantes

L’équipe s’est ensuite tournée vers une collection en ligne ouverte de scans de sept espèces qui flottent dans la colonne d’eau supérieure. ForamJ a rapidement produit un ensemble de mesures couvrant toutes ces espèces, montrant une large gamme de stratégies architecturales de coquilles. Certaines espèces possédaient des parois très fines et des tests extrêmement poreux avec de nombreuses chambres, tandis que d’autres construisaient des coquilles plus épaisses et plus denses avec moins de chambres mais de plus grand volume. Les courbes de croissance retraçant la façon dont chaque nouvelle chambre ajoute du volume montraient des motifs différents selon les espèces et même entre individus, suggérant des liens entre conception de la coquille, écologie et cycle de vie qui peuvent désormais être explorés de façon plus systématique.

Ce que cela change pour les études climatiques et océaniques

En emballant des mesures spécifiques aux foraminifères dans un flux de travail simple et partagé, ForamJ transforme des données complexes de scans tridimensionnels en nombres standardisés que n’importe quel laboratoire peut générer et comparer. Parce qu’il est gratuit, qu’il fonctionne sur des ordinateurs non spécialisés et qu’il peut traiter de nombreux scans simultanément, il réduit les barrières de coût et de temps pour les études reposant sur de grands ensembles d’échantillons. Concrètement, cela permet aux scientifiques de mieux suivre comment la forme de la coquille, l’épaisseur des parois et la structure interne varient entre espèces, lieux et périodes, améliorant notre capacité à lire les conditions océaniques passées à partir de ces fossiles minuscules mais riches en informations.

Citation: Trend, J., Borges, F.A. & Babila, T.L. ForamJ – A tool for the reproducible, semi-automated analysis of foraminifera micro computed tomography datasets. Sci Rep 16, 14818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43276-3

Mots-clés: foraminifères, micro CT, analyse d’images, paléoocéanographie, logiciel open source