ASTRID - Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation Défense

Caractérisation Acoustique de Littoraux Marins et de leurs Ecosystèmes – MER CALME

Mer Calme

Le projet aborde le développement d'une méthodologie d’observation des milieux marins côtiers à partir de l’acoustique passive: de la mesure des paysages acoustiques à la connaissance environnementale. L'observation par acoustique passive est prometteuse (long terme, haute résolution temporelle, non perturbante), permettant une description complète de l'environnement) mais exige le développement d'outils de traitement et la traduction de ces signaux en terme de connaissance environnementale.

Enjuex et objectifs

Répondre à ces exigences grâce à une équipe pluridisciplinaire (sciences de l'information et écologie/biologie marine) est l'objet du projet MER CALME qui focalisera sa démonstration sur les milieux infra-littoraux (bathymétrie comprise entre 0 m et 30 m). En effet ces derniers i) jouent un rôle considérable (production de la biomasse marine, cycles de la matière, large variabilité et grande dynamique spatio-temporelle) et ii) présentent des défis acoustiques en produisant un paysage acoustique d'une richesse extrême aux origines multiples (biologiques, climatiques et anthropiques). Le projet MER CALME exploitera une campagne expérimentale réalisée en 2011 où 3 points d'écoute ont été déployés pendant 6 mois dans le parc naturel marin d'Iroise. <br /> <br />Le projet MER CALME est une recherche duale intéressant particulièrement i) la Défense sur ses domaines « Environnement et Géosciences, Ondes acoustiques et électromagnétiques », ii) la recherche fondamentale en science de l’information pour les défis posés par l’interprétation des signaux sonores marins, iii) la recherche fondamentale en écologie marine en permettant une observation in situ du comportement des organismes marins benthiques et iv) rencontrant les attentes sociétales en terme d’évaluation et de surveillance de la qualité environnementale des habitats marins. <br />

Le programme scientifique du projet MER CALME se décline en 5 tâches techniques, une première dédiée aux développement d’outils de traitement du signal pour caractériser le paysage acoustique des milieux infra-littoraux constitué le plus souvent d’un bruit de fond et d’une succession d’impulsions transitoires. Les quatre autres exploitent ces outils pour i) réaliser l’estimation passive des propriétés géoacoustiques et bathymétriques de ces environnements, ii) caractériser l’activité biologique (ses rythmes, sa variabilité, ses phénomènes pilotants), iii) décrire les états de surface et les conditions climatiques (vent, précipitation) et iv) finalement définir la part de l’activité anthropique dans le budget sonore de ces environnements.

Ce projet MER propose un rupture méthodologique dans l’observation des milieux marins i) en se focalisant sur la zone infralittorale, ii) en abordant au sein du même ensemble l’inversion du canal de propagation et la caractérisation des sources biologiques, physiques et anthropiques pour donner à partir d’une mesure unique une vision synoptique complète des environnements côtiers, iii) en apportant une solution inexistante à ce jour pour l’analyse et la modélisation de ces zones, pour l’observation non intrusive des organismes vivants marins, iv) en s'intéressant à des sessions de mesure continue de très longues durées (idéalement permanente).

Sur la période 2013, le groupe s’est attaché à récolter, consolider et acquérir un ensemble cohérent de données relatives au trafic maritime, à la biodiversité et à certains impacts anthropiques dont le dragage. Ces données ont été acquises principalement lors de campagnes de terrain mais aussi au laboratoire.
Voici l’inventaire de ces travaux :
Associé à l’IUEM, nous avons déployés des hydrophones non loin de l’Ile de Molène en mer d’Iroise. Ces capteurs sont restés immergés entre le 7 juillet et le 9 septembre pour une surveillance de l’activité maritime par acoustique passive. L’activité maritime a été par ailleurs évaluée par des observateurs postés sur Quéménès et la calibration des bruits liés aux bateaux a été réalisée par les géographes du laboratoire partenaire durant les 15 derniers jours d’aout. L’exploitation des données est actuellement en cours et sera intégrée au délivrable de la tache 4 et 5 (Delphine Mathias). Ces données seront complétées par un enregistrement du bruit dans la même zone.
Nous nous sommes également appliqués à déployer des hydrophones en deux sites en rade de Brest pour décrire, sur des fonds de maërl, la biophonie lorsque sur un site l’impact anthropique par dragage est nul et quand, à l’opposé, sur un autre site proche du premier. L’exploitation de ce travail est en cours.
Enfin, également pour la tache 3, nous avons eu l’opportunité d’effectuer des expérimentations en milieu contrôlé à la station biologique de l’ISMER (Université de Rimouski, Québec) pour évaluer l’impact du bruit ambiant sur la fixation de larves de moules Mytilus edulis, estimer la production sonore de benthocosmes sur le long terme sous l’effet d’un changement de photopériode, établir la carte d’identité sonore d’organismes benthiques suivant différentes gammes de taille (oursins, pétoncle, néréis, étoile de mer, crabe). L’exploitation de ce travail est en cours et pourra être intégré dans la tache 3.

Poursuivre les recherches et le programme proposé.
Organisation du Workshop SERENADE en 2014.

2 articles de revues et 6 articles de conférences ont été publiés dans la première année en relation avec le projet MER CALME.

DADOUCHI F., GERVAISE C., IOANA C., HUILLERY J. and MARS J.I., 2013. Automated segmentation of linear time-frequency representation of marine mammal sounds, The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 134(3), pp 2546-2555.

BARAZZUTTI A. GERVAISE C., STEPHAN Y., DADOUCHI F. and SESSAREGO J.P., 2013, Inversion Géoacoustique passive en milieux petits fonds à partir de vocalises de cétacés. », Revue Traitement du Signal, accepté

LE BOT O., BONNEL J., MARS J.I., and GERVAISE C, 2013, Odontocetes click train deinterleaving using a single hydrophone and rhythm analysis, 163th Meeting of Acoustical Society of America, ICA2013, Proceedings of Meetings on Acoustics, Vol. 19, 2aAB7, p1-8, Montreal, Ca.

LE BOT O et al., 2013, Séparation d'impulsions bio-acoustique par analyse du rythme temps, XXIV Colloque du GRETSI, Brest, 3-6 Septembre 2013, ID267.

MATHIAS, D., GERVAISE C., DI IORIO L. MARS J.I, 2013, Modèle d'assimilation du paysage acoustique pour suivre l'état de l'écosystème marin dans le parc naturel marin d'Iroise, 3ème congrès international des aires marines protégées, Marseille, France (2013)

MATHIAS, D., GERVAISE C., DI IORIO L., 2013, Wind dependence of shallow water ambient noise in a biologically rich temperate coastal area., 166th Meeting of the Acoustical Society of America, 2-6 December 2013, San Francisco,USA

DADOUCHI F., GERVAISE G., IOANA C., HUILLERY J. and MARS J.I., 2013, Time-frequency segmentation : a complementary approach to classical track detection algorithms”, Workshop on Detection, Classification and Localization of Marine Mammals using Passive Acoustics, Saint Andrews, Scotland, June 2013

DADOUCHI F., et al, 2013, Segmentation temps-fréquence statistique : Analyse de la répartition spatiale des détections sur spectrogramme N fois seuillé, XXIV Colloque du GRETSI, Brest, 3-6 Septembre 2013, ID292.

Le projet MER CALME aborde le développement novateur d'une méthodologie d’observation des milieux marins côtiers à partir de l’acoustique sous marine : de la mesure des paysages acoustiques à la connaissance environnementale biologique, géophysique, climatique et anthropique. L'observation des milieux par acoustique passive est prometteuse (long terme, haute résolution temporelle, faible coût, non perturbante, discrète, permettant une description complète de l'environnement) mais exige i) le développement des outils de traitement de la mesure sonore et ii) la traduction des propriétés de ces signaux en connaissance environnementale.

Répondre à ces exigences grâce à une équipe pluridisciplinaire (sciences de l'information et écologie/biologie marine) est l'objet du projet MER CALME qui focalisera sa démonstration sur les milieux infra-littoraux (bathymétrie comprise entre 0 m et 30 m). En effet ces derniers i) jouent un rôle considérable (production de la biomasse marine, cycles de la matière, large variabilité et grande dynamique spatio-temporelle) et ii) présentent des défis acoustiques en produisant un paysage acoustique d'une richesse extrême aux origines multiples (biologiques, climatiques et anthropiques). Le projet MER CALME exploitera une campagne expérimentale réalisée en 2011 où 3 points d'écoute ont été déployés pendant 6 mois dans le parc naturel marin d'Iroise.

Le projet MER CALME est une recherche duale intéressant particulièrement i) la défense pour ses domaines « Environnement et Géosciences » et « ondes acoustiques et électromagnétiques », ii) la recherche fondamentale en science de l’information pour les défis posés par l’interprétation des signaux sonores marins, iii) la recherche fondamentale en écologie marine en permettant une observation in situ du comportement des organismes marins benthiques et iv) rencontrant les attentes sociétales en terme d’évaluation et de surveillance de la qualité environnementale des habitats marins.

Le programme scientifique du projet MER CALME se décline en 5 tâches techniques, une première dédiée aux développement d’outils de traitement du signal pour caractériser le paysage acoustique des milieux infra-littoraux constitué le plus souvent d’un bruit de fond stationnaire et d’une succession d’impulsions transitoires. Les quatre autres exploitent ces outils pour i) réaliser l’estimation passive des propriétés géoacoustiques et bathymétriques de ces environnements, ii) caractériser l’activité biologique (ses rythmes, sa variabilité, ses phénomènes pilotants), iii) décrire les états de surface et les conditions climatiques (vent, précipitation) et iv) finalement définir la part de l’activité anthropique dans le budget sonore de ces environnements.

Le projet MER CALME propose un rupture méthodologique dans l’observation des milieux marins i) en se focalisant sur la zone infralittorale, ii) en abordant au sein du même ensemble l’inversion du canal de propagation et la caractérisation des sources biologiques, physiques et anthropiques pour donner à partir d’une mesure unique une vision synoptique complète des environnements côtiers, iii) en apportant une solution inexistante à ce jour pour le compartiment biologique, à l’observation non intrusive des organismes vivants marins, iv) en s'intéressant à des sessions de mesure continue de très longues durées (idéalement permanente) .

Coordinateur du projet

Monsieur Jérôme MARS (Grenoble Image Parole Signal Automatique Lab) – jerome.mars@gipsa-lab.grenoble-inp.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

gipsa lab Grenoble Image Parole Signal Automatique Lab
ENSTA Bretagne Ecole Nationale Supérieure des Techniques Avancées, Bretagne

Aide de l'ANR 290 750 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 36 Mois

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