Acoustique marine

Écoutons, pour voir

L’acoustique marine utilise les sons pour investiguer le milieu sous-marin. Il y a l’acoustique active et l’acoustique passive.

L’acoustique active

L’acoustique active permet de « voir » sous l’eau à plusieurs centaines de mètres de profondeur là où il n’y a même plus de lumière. Des échosondeurs émettent des sons qui vont se propager et heurter les obstacles, incluant les organismes vivants. À partir de l’écho qui est retransmis par ces obstacles, on peut extraire leur position, leurs propriétés et construire ainsi une image de leur répartition dans l’eau ou du relief sous-marin. À différentes fréquences, les échosondeurs peuvent distinguer les échos provenant des poissons de ceux provenant du zooplancton. Le krill par exemple a un écho plus fort à 120 kHz qu’à 38 kHz, fréquence à laquelle le capelan a un écho plus fort. Le zooplancton plus petit que le krill a un écho plus fort à des fréquences supérieures à 120 kHz.

Voici un échogramme (38 kHz) enregistré à bord de l’Alliance de Parcs Canada en marge de la baie de Tadoussac le 4 août 2009. Trois rorquals à bosse photographiés au moment du passage du bateau étaient dans la région de la masse jaune et rouge (petits poissons).

L’étude de la propagation des sons dans l’eau peut aussi permettre de déterminer ses caractéristiques telle sa température moyenne. Des sons plus puissants de basse fréquence peuvent servir pour repérer des sous-marins modernes sur de grandes distances ou pour explorer les structures du sous-sol, notamment pour l’exploration pétrolière.

 

Projet de télémétrie sur les rorquals de l’estuaire et de recensement acoustique des proies

    • Crédit video : © Ocean Mysteries – Georgia Aquarium

 

  • Le 3 octobre 2013, alors que l’équipe du GREMM réalise le marquage et le suivi d’un petit rorqual dans l’estuaire du Saint-Laurent, l’équipe de Parcs Canada effectue simultanément un recensement acoustique de proies à bord de l’Alliance afin de découvrir à quelle profondeur et quel type de proies mange le géant de sept tonnes. Les images acoustiques, obtenues grâce à l’échosondeur immergé dans la colonne d’eau, révèlent des bancs de poissons, probablement du lançon, également pourchassés par plusieurs autres petits rorquals ainsi que des centaines de phoques gris et d’oiseaux marins.
    Ce projet de marquage de rorquals est réalisé conjointement par le GREMM et Pêches et Océans Canada, avec la participation de Parcs Canada pour le recensement des proies.

L’acoustique passive

Saviez-vous que le son voyage environ quatre fois plus vite dans l’eau que dans l’air? Et qu’il voyage beaucoup plus loin? L’acoustique passive est à l’écoute des sons sous-marins. Pour capter ces sons, les chercheurs placent des hydrophones (des microphones étanches) sous la mer. Mais les baleines peuvent émettre des sons qui sont inaudibles pour l’humain, c’est-à-dire des infrasons et des ultrasons. Les hydrophones peuvent les détecter, mais pour que l’on puisse entendre les sons de moins de 60 Hz et de plus de 16 000 Hz, ils doivent être transformés. Ils sont soit accélérés, soit ralentis.

Voici à quoi ressemble un son de basse fréquence accéléré quatre fois émis par un rorqual bleu.

À l’aide d’un réseau d’hydrophones placés sous l’eau, on peut même arriver à positionner la source de bruit donc la position des baleines. À long terme, il est ainsi possible de dresser un portrait de la fréquentation du territoire et de comprendre des liens avec certains facteurs climatiques et océanographiques. Enfin cette technique permet d’étudier le bruit ambiant de la mer, dont les sources naturelles (tel le bruit des tremblements de terre) et les sources d’origine humaine (tels les bateaux), et donc d’évaluer le niveau de pollution sonore et ses effets sur les différentes espèces marines.

 

L’acoustique passive à l’aide de planeurs téléguidés

Comment pouvons-nous repérer les baleines alors qu’elles passent la majeure partie de leur vie sous l’eau et loin des côtes? Grâce à la surveillance acoustique! Les baleines émettent toute une gamme de sons pouvant être utilisés pour détecter où elles se trouvent à quel moment.

La détection acoustique de baleines peut se faire au moyen de réseaux d’hydrophones fixes ou encore de planeurs autonomes équipés de système de surveillance acoustique passive (SAP) et de planeurs munis d’appareils de conductivité, température, profondeur (CTD). Des satellites reçoivent et transmettent les données.

Les planeurs océaniques utilisent les propriétés physiques des vagues à des fins de propulsion et sont équipés de panneaux solaires pour alimenter les outils d’aide à la navigation et de recherche scientifique. © CEOTR/CC BY 4.0

Les planeurs océaniques utilisent les propriétés physiques des vagues à des fins de propulsion et sont équipés de panneaux solaires pour alimenter les outils d’aide à la navigation et de recherche scientifique. © CEOTR/CC BY 4.0

Au Canada, l’Ocean Tracking Network (OTN) et le Marine Environmental Observation, Protection and Response Network (MEOPAR) dirigent l’utilisation de véhicules sous-marins autonomes (VSA) pour la collecte de données sur les mammifères marins. En plus d’hydrophones, l’OTN et le MEOPAR utilisent deux principaux types de planeurs :

  • Planeurs océaniques : Ces planeurs, qui transmettent des données en temps quasi réel, glissent sur la surface de l’océan grâce à l’énergie solaire et des vagues.
  • Planeurs Slocum : Capables de modifier leur flottabilité et de se submerger pour dresser des profils de conductivité, température, profondeur dans la colonne d’eau, ces planeurs sont programmés pour remonter à la surface à toutes les deux à quatre heures.

    Les planeurs Slocum peuvent modifier leur flottabilité et se déplacer de haut en bas dans la colonne d’eau jusqu’à une profondeur de 1000 mètres. © CEOTR/CC BY 4.0

    Les planeurs Slocum peuvent modifier leur flottabilité et se déplacer de haut en bas dans la colonne d’eau jusqu’à une profondeur de 1000 mètres. © CEOTR/CC BY 4.0

Les cétacés émettent des sons pour différentes raisons, y compris pour communiquer et pour détecter des proies. Ce sont ces sons qu’enregistrent les planeurs. Après l’enregistrement d’un son, le planeur analyse automatiquement le spectrogramme pour identifier l’espèce entendue et transmet les données à un satellite.

Au moyen de cette technologie, le MEOPAR travaille à transmettre les données satellites aux divers navires qui se sont inscrits pour recevoir en temps quasi réel des avertissements du projet WHaLE par l’entremise du système marin d’information automatisé. Les navires peuvent alors adopter des mesures d’atténuation pour minimiser le risque de collision avec des baleines en ralentissant dans des zones à forte concentration de cétacés ou en changeant de cap. Le projet est déjà en cours ici dans le golfe du Saint-Laurent, dans le nord-ouest de l’océan Atlantique et dans le nord-est du Pacifique.

De plus, les chercheurs ont été capables de définir différents habitats privilégiés par les baleines à fanons.

Les planeurs enregistrent aussi les sons aigus émis par le krill et d’autres proies, ce qui permet aux chercheurs de prévoir les habitudes migratoires d’un de leurs prédateurs : la baleine. Il s’agit d’une étape importante dans la détermination de stratégies de gestion, dont l’imposition de limites de vitesse dans le golfe du Saint-Laurent.

 

Pour en savoir plus :

(2016) R. Davis et al., Tracking whales on the Scotian Shelf using passive acoustic monitoring on ocean gliders. Oceans 2016 MTS/IEEE Monterey, 1-4. doi: 10.1109/OCEANS.2016.7761461

(2017) Johnson H. et. al., Using Slocum gliders to characterize baleen whale habitat. Presented at the Society of Marine Mammalogy 2017

 

 

Dernière mise à jour: Novembre 2018