Ces sons, qui vont des gémissements à basse fréquence des baleines bleues aux clics à haute fréquence des marsouins communs, sont des éléments essentiels de l'identité, de l'emplacement, de l'état émotionnel et même de la structure de l'environnement d'un animal. L'étude de ces sons est essentielle pour comprendre le comportement des mammifères marins, la dynamique de la population et la santé des écosystèmes océaniques. Toutefois, les méthodes traditionnelles d'enregistrement de ces vocalisations exigent souvent une proximité étroite des animaux, qui peuvent être envahissants, coûteux ou logistiquesment impraticables. L'observation à terre offre une alternative convaincante : en plaçant du matériel d'enregistrement sur terre ou dans les eaux peu profondes du littoral, les chercheurs peuvent capturer les vocalisations des mammifères marins sans les déranger, pendant de longues périodes et à un coût fractionnel des relevés effectués par les navires.

L'importance de l'observation à terre

La surveillance des sons des mammifères marins à terre est une approche puissante et non intrusive qui a pris de l'importance à mesure que la biologie de conservation et l'écologie comportementale cherchent à minimiser les perturbations humaines tout en maximisant la qualité et la quantité des données. Contrairement aux relevés à bateau, qui peuvent modifier le comportement des espèces sensibles (par exemple, par le bruit des moteurs ou la présence physique), les méthodes à terre permettent aux animaux de se comporter naturellement tandis que les chercheurs recueillent des données acoustiques continues.

Rentabilité et données à long terme

Le déploiement d'un navire de recherche pendant des semaines ou des mois est coûteux et souvent limité par la météo, le carburant et la disponibilité de l'équipage. Les stations à terre, par contre, nécessitent des investissements en capital plus faibles et peuvent fonctionner toute l'année avec un minimum de personnel.

Perspectives comportementales non invasives

Comme les enregistrements à terre n'exigent pas de chasse ou d'approche d'animaux, ils fournissent des échantillons impartiaux de comportement acoustique naturel. Par exemple, les chercheurs ont utilisé des réseaux hydrophoniques côtiers pour étudier les interactions mère-calf chez les épaulards (Orcinus orca) et de surveiller la présence de baleines noires de l'Atlantique Nord (Eubalaena glacialisL'absence de bruit moteur d'un navire permet également l'enregistrement de sons plus doux, tels que les appels sociaux des phoques portuaires ou les signaux acoustiques subtils utilisés par les dauphins lors de la recherche coopérative.

Accessibilité et éducation

Cette démocratisation de l'acoustique marine permet aux intervenants – pêcheurs, gestionnaires côtiers, groupes scolaires – de participer à la collecte de données et de sensibiliser à la conservation des mammifères marins. Plusieurs programmes réussis, comme le projet -Orca Sound en Colombie-Britannique, reposent sur des hydrophones installés à terre par des bénévoles et reliés à des tableaux de bord faisant face au public.

Méthodes d'enregistrement des vocalisations

Le noyau de la surveillance acoustique à terre est l'hydrphone, un microphone sous-marin qui convertit les fluctuations de pression (ondes sonores) en signaux électriques. Les systèmes modernes sont constitués d'un hydrophone, d'un câble, d'un amplificateur ou d'un préamplificateur et d'un appareil d'enregistrement.

Types et spécifications d'hydrophones

Les hydrophones varient en sensibilité, en fréquence et en profondeur. Pour les travaux à terre, les hydrophones à large bande sont préférés parce que les mammifères marins produisent des sons provenant de <10 Hz (baleen whale songs) to >150 kHz (clics d'écholocation de dauphins). Les capteurs piézo-céramique ou piézo-polymère logés dans des enveloppes étanches. Sonorisation (instruments océaniques) ou HTI‐96‐MIN (High Tech Inc.) en combinaison avec un câble à attache longue. Les caractéristiques importantes comprennent une réponse à la fréquence plane sur la bande cible, un faible bruit d'auto-bruit et une sensibilité suffisante pour capturer les sons d'individus à des centaines de mètres.

Systèmes de câbles et de déploiement

La distance entre l'hydrphone et la station d'enregistrement varie selon la géométrie du rivage et la profondeur de l'eau. Les déploiements typiques utilisent un câble de 50 à 500 mètres enroulé sur un treuil à la main, permettant à l'hydrphone de se positionner bien au-delà de la zone de surf. Le câble doit être robuste à l'abrasion, à la croissance marine et aux courants; les câbles blindés à éther ou à cache en caoutchouc sont courants.

Dispositifs d'enregistrement et gestion des données

Les enregistreurs numériques devraient offrir une résolution d'au moins 16 bits et un taux d'échantillonnage ≥96 kHz pour capturer des fréquences jusqu'à 48 kHz (la limite supérieure de la plupart des appels de baleines à baleines à baleine). Série de compteurs de chansons (Wildlife Acoustics) peut être alimenté par des batteries ou des panneaux solaires et stocker des données sur des cartes SD ou directement dans le nuage. La gestion des données est un défi croissant : un seul réseau peut générer des téraoctets d'audio par année.

Pratiques exemplaires en matière de déploiement

Pour réduire au minimum la contamination sonore, l'hydrophone doit être suspendu à au moins 1–2 mètres au-dessus du fond de la mer, loin des vagues de rupture du rivage. Un petit ancre et un flotteur subsurface peuvent maintenir le capteur stable. Le câble doit être enterré ou pondéré pour éviter les vibrations des courants.

Analyse des vacalisations des mammifères marins

Une fois les enregistrements récupérés, l'audio brut doit être converti en informations biologiques significatives. L'analyse se déroule généralement par étapes : détection manuelle ou automatisée, classification des types sonores et interprétation dans le contexte du comportement et de l'environnement.

Spectrogrammes et caractéristiques acoustiques

Le principal outil de visualisation du son est le spectrogramme, un tracé de fréquence dans le temps où l'axe des x est le temps, l'axe des y, la fréquence et l'intensité (amplitude) sont représentées par la couleur ou l'échelle de gris. Les chercheurs utilisent des spectrogrammes pour identifier les appels par leurs caractéristiques distinctives : un sifflement tonal continu d'un dauphin à bec, une série de pulsations dans un codas de cachalot, ou le long chant de basse fréquence d'un rorqual à bosse.

  • Fréquence centrale – le pas dominant de l'appel.
  • Durée – longueur de l'appel en secondes ou en millisecondes.
  • Modulation – changements de fréquence au fil du temps (par exemple, ascendant, descendant, sinusoïdal).
  • Taux de répétition – le nombre d'appels par minute ou heure.
  • Bande passante – la gamme de fréquences couverte par l'appel.

Détection et classification automatisées

Compte tenu du volume énorme de données, la numérisation manuelle de chaque fichier est peu pratique. PAMGuard et Raven Pro Les réseaux neuronaux convolutionnels (RNC) formés sur des milliers de spectrogrammes étiquetés peuvent désormais classer les appels de plusieurs espèces avec une précision > 95 %. Ces outils permettent une analyse à grande échelle impossible il y a une décennie.

Liens entre les appels au comportement et les espèces

Lorsque des observations visuelles sont possibles depuis le rivage (p. ex. avec des jumelles ou des télescopes), les chercheurs peuvent noter le nombre, l'espèce et l'activité des animaux pendant que l'hydrophone fonctionne. En faisant un renvoi croisé aux données acoustiques et visuelles estampillées dans le temps, ils peuvent créer des catalogues d'appels liés à des comportements tels que l'alimentation, la socialisation, le voyage ou le repos.

Les principaux modèles de vocalisation et leurs significations

Les mammifères marins utilisent différents types de sons pour différentes fonctions. L'enregistreur à terre rencontrera plusieurs grandes catégories, chacune ayant des caractéristiques acoustiques distinctes.

Whistles et chants fouettés

La plupart des delphinidés (les dauphins et leurs proches) produisent des sifflets modulés en fréquence, souvent caractérisés par une fréquence fondamentale allant de 2 à 30 kHz. Les sifflets Signature sont individuellement distinctifs et utilisés pour la reconnaissance de l'identité au sein d'une goupille. Des études basées sur les rivages ont montré que ces sifflets varient selon la taille du groupe, l'activité et l'heure de la journée.

Appels pulsés et clics d'écholocation

Les odontocètes (baleines à dents) produisent des clics rapides et à large bande pour l'écholocation. Les séquences de clics, appelées -bulzes,-- se produisent à l'approche des proies. De nombreuses espèces émettent également des cris d'impulsions rapides et répétées qui sonnent comme des cris ou des cris.

Moans et gémissements à faible fréquence

Les chants de baleines bleues sont parmi les sons animaux les plus bruyants sur Terre. Les hydrophones à terre placés sur les marges continentales ont détecté des baleines bleues chantant de groupes éloignés, fournissant des informations sur la structure de la population et la migration. De même, les baleines à nageoires produisent 20 impulsions Hz qui peuvent être enregistrées depuis les stations côtières pour estimer la densité au moyen de méthodes d'estimation acoustique passive de la densité.

Bruit biologique provenant de non-cétacés

Il est important de noter que les microphones à terre captent également les sons des pinnipèdes (semelles, lions de mer), des poissons, des crevettes qui se cassent, et même de l'activité humaine. Les phoques gris produisent des grognements et des grognements gutturaux; les phoques portuaires font des appels tonaux souvent confondus avec les sifflets de dauphins.

Défis de l'enregistrement à terre

Malgré les avantages, l'enregistrement à terre n'est pas sans difficulté. Le problème le plus persistant est le bruit de fond, qui peut masquer ou déformer les signaux cibles.

Bruit ambiant des vagues et du temps

Les vagues de rupture génèrent un bruit à large bande particulièrement fort aux fréquences inférieures à 1 kHz. Les mers, le vent et la pluie sont plus forts que le niveau ambiant. Pour atténuer ce phénomène, les hydrophones sont généralement placés en mer vers la zone de surf, et des techniques de traitement des signaux telles que le filtrage des passes de bande ou la soustraction spectrale sont appliquées.

Sources de bruit anthropique

Les zones côtières sont occupées : le grognement des moteurs hors-bord, le drone des voies de navigation, l'entretien des ports et les activités récréatives comme les jet skis contribuent tous à l'environnement acoustique. Ce smog acoustique peut non seulement masquer les appels, mais aussi modifier le comportement des animaux eux-mêmes – certaines espèces augmentent l'amplitude des appels ou la fréquence des déplacements lorsqu'ils sont exposés au bruit des bateaux (l'effet Lombard).

Détection des animaux et localisation des animaux

Pour localiser les animaux, il faut plusieurs hydrophones synchronisés (un tableau) espacés de dizaines à des centaines de mètres, ce qui pose des problèmes logistiques depuis la rive. Les algorithmes de décalage du temps peuvent calculer la portée et le roulement, mais la précision se dégrade si la géométrie du tableau est faible ou si le son se déplace dans un environnement réverbérant et peu profond. De plus, les animaux peuvent ne chanter que par intermittence et de nombreux appels passent inaperçus s'ils sont trop faibles.

Capacité de stockage et de traitement des données

Un seul enregistrement 24 heures sur 24 à 96 kHz, 24 bits, stéréo peut produire près de 50 Go de données. Les déploiements multimois atteignent facilement des dizaines de téraoctets. FLAC De nombreux groupes de recherche collaborent maintenant avec des équipes de sciences des données pour créer des pipelines automatisés qui détectent les événements en temps quasi réel et rejettent le silence.

Progrès technologiques en matière d'acoustique à terre

Le domaine évolue rapidement grâce à l'innovation dans les méthodes matérielles, logicielles et analytiques, qui rendent la surveillance à terre plus fiable, évolutive et informative.

Unités d'enregistrement autonomes et drones

Des ARU à faible coût, comme l'AudioMoth, développé par Open Acoustic Devices, offrent un enregistrement de haute qualité pour moins de 100 $, permettant des réseaux spatiaux denses. Certains groupes testent des hydrophones déployés par des drones qui peuvent être lancés de la rive, jetés dans l'eau calme et récupérés plus tard, permettant un accès temporaire à des zones autrement inaccessibles.

Surveillance en temps réel et analyse de Cloud

Lorsqu'un câble relie directement l'hydrophone à la rive (par exemple par câble posé ou par liaison cellulaire), le streaming audio en direct devient possible. Projet CETI et les Station de référence du bruit océanique Des alertes peuvent être envoyées aux gestionnaires (p. ex., --récépitant la baleine droite – trafic de navires plus faible) permettant des mesures immédiates de conservation. La surveillance en temps réel est également utilisée dans l'écotourisme, où les microphones à terre fournissent des flux audio en direct aux visiteurs.

Apprentissage automatique pour la classification automatique

Les réseaux neuronaux convolutionnels (RCN) et les transformateurs formés sur de grands ensembles de données étiquetés peuvent maintenant identifier des appels spécifiques à une espèce, différencier les individus et même détecter des états comportementaux. Réseau d'oiseaux (adaptés pour les mammifères marins) et des modèles personnalisés construits avec TensorFlow ou PyTorch sont en cours d'intégration dans des pipelines d'analyse. Cependant, ces modèles nécessitent une validation minutieuse : un classificateur formé à un endroit peut ne pas fonctionner dans un autre avec différents bruits ambiants ou dialectes.

Intégration multimodale

Par exemple, un système à terre qui enregistre simultanément le son et capte la vidéo de drones aériens peut confirmer quel animal a produit un appel. La combinaison de la température de l'eau et des journaux de salinité avec des données acoustiques aide à corréler les patrons vocaux avec les conditions océanographiques. Cette approche holistique renforce l'inférence écologique.

Conséquences de la conservation et de la recherche

L'objectif ultime de documenter les vocalisations de mammifères marins à partir de la côte est d'informer la conservation et d'approfondir notre compréhension de ces animaux.

Surveillance de la population et détection des tendances

Les scientifiques peuvent suivre le nombre d'heures de service par nuit pour une espèce donnée, comparer les tendances saisonnières au fil des ans et identifier les changements de répartition qui peuvent signaler des changements d'aire de répartition liés aux changements climatiques. Par exemple, des réseaux à terre situés le long de la côte est des États-Unis ont documenté l'expansion vers le nord des dauphins comme des eaux chaudes.

Évaluations d'impact

Les enregistrements à terre peuvent mesurer les effets des activités humaines, soit la conduite de pieus dans les parcs éoliens en mer, les exercices sonar militaires, la navigation, sur les mammifères marins. En comparant la densité des appels avant, pendant et après un événement, les chercheurs peuvent quantifier les perturbations comportementales.

Etudes d'écologie comportementale et de communication

De la rive, les chercheurs peuvent étudier de façon non invasive comment les dauphins coordonnent les mouvements de groupe, comment les couples de musaraignes restent en contact et comment les baleines adaptent leur chant en réponse au bruit ambiant.Ces idées contribuent aux théories de l'organisation sociale et de la transmission culturelle.

Engagement du public et science citoyenne

De nombreux projets à terre font intervenir des collectivités locales. Des cours d'eau clairs indiquent la prospérité des écosystèmes; un environnement acoustique sain indique la santé de la vie marine. En rendant les données acoustiques accessibles par des portails Web, les écoles et les groupes communautaires peuvent écouter des sons vivants ou archivés, en apprendre davantage sur les espèces et même aider à classer les appels par le biais de plateformes comme Zooniverse. Cette participation renforce l'appui du public à la conservation marine.

Orientations futures

L'avenir de l'acoustique des mammifères marins à terre est prometteur, et plusieurs tendances émergentes pourraient façonner la prochaine décennie de recherche.

Réseaux à grande échelle: Tout comme la sismologie utilise des réseaux de capteurs pour surveiller les tremblements de terre, l'acoustique marine se dirige vers des réseaux coordonnés d'hydrophones à terre couvrant des côtes entières. Initiative des observatoires océaniques et des programmes nationaux de surveillance pilotent de tels réseaux, permettant le suivi à l'échelle du bassin des espèces migratrices.

Amélioration de la localisation : Les progrès réalisés dans le traitement des réseaux et les capteurs vectoriels (qui mesurent la vitesse des particules ainsi que la pression) permettront une meilleure localisation des appelants à partir d'un petit nombre de stations, ce qui élargira la couverture spatiale des études à terre.

Surveillance intégrée des écosystèmes: Les futures stations côtières combineront probablement l'acoustique avec des capteurs de qualité de l'eau, des filets de plancton et des échantillons d'ADN électronique, ce qui donnera une image complète des écosystèmes riverains.

Analyse autonome à la limite: Le traitement à bord des unités hydrophones permettra bientôt de détecter et de compressionr en temps réel, ne transmettant que les sons d'intérêt par satellite ou par réseau cellulaire, ce qui éliminera la nécessité de rechercher et de traiter les données à grande échelle.

La documentation sur les vocalisations de mammifères marins sur les côtes est plus qu'une technique de recherche, c'est une fenêtre sur le monde acoustique complexe que ces animaux vivent. En écoutant la terre, nous obtenons une vision soutenue, respectueuse et de plus en plus détaillée de la vie en mer.