L'acoustique sous-marine appliquée à l'étude des ......2019/10/02 · •Gros volumes de...

L'acoustique sous-marine appliquée à l'étude des mammifères marins et leurs écosystèmes

Y. Simard, F. Aulanier, N. Roy, L. Bourdages, S. Giard, C. Juif, C. Claing et al.

Institut Maurice-Lamontagne, Pêches et Oceans Canada

Source: Roger Pigeon, Pêches et Océans Canada

Acoustique sous-marine appliquée

à l’étude des mammifères marins

et leurs ecosystèmes

Mandat

• Recherche scientifique en acoustique sous-marine

• sur les mammifères marins et leur écosystèmes, avec une priorité

sur les mammifères marins en péril

• en soutien à la direction chargée de la gestion des écosystèmes

du Ministère des Pêches et Océans Canada de la région du

Québec

• Améliorer les connaissances sur…

• L’habitat des mamm. mar.: définition, utilisation, caractéristiques

physiques et biologiques, qualité du milieu marin

• Interactions acoustiques entre les mammifères et leur

environnement (géophysique, congénères, autres espèces,

activités humaines)

• Évaluer le risque d’impact des activités humaines

• Caractériser et quantifier les impacts des bruits sous-marins

d’origine anthropique

• Réduire les impacts, décision basée sur la connaissance

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ContexteLe Saint-Laurent

• Voie de importante de trafic maritime

• Ports du Saint-Laurent

• Connexion Atlantique -- Grands Lac

• Habitat pour + de 15 espèces de mammifères

marins, certains en péril: béluga du Saint

Laurent, baleine noire de l’Atlantique nord, rorqual

bleu, rorqual commun

3

Shipping traffic density

Voc. A/B

1m

Voc. D

1 m

Voc.

1 m

Clics

1m

DCSMM

(UE)

12

5 H

z

63

Hz




Problématique d’observation• Quelles échelles et quelles résolutions?

• Utilisation de l’ensemble de l’EGSL et du Saguenay: migrations

saisonnières, entrée-sortie et à l’intérieur de l’EGSL

• Cycle écologique annuel

• Variations spatiales importantes: propagation 1er 1km => A/1000

• Passage d’un grand navire ~15 min, organismes quelques min, etc...

• Utilisation de technologies d’observation adaptées

• Acoustique sous-marine

• Captation sur toute la colonne d’eau

• Aire de captation avec rayon équivalent de :

• 0.1 – 100 km dépendamment des conditions environnementales, de la

fréquence et du bruit ambiant

• Autonomie entre ~1h et 1 an suivant les fréquences, le plan d’échantillonnage

• Complexité de mise en œuvre et traitement

• Instrumentation spécialisée

• Gros volumes de données denses (« Big data »)

• Complexité du signal: sources multiples et variables, grande sensibilité à de

multiples paramètres environnementaux

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Technologies et méthodes d’observation

• Instrumentation marine

• Enregistreurs acoustiques et

plateformes d’enregistrement

• Système de transmission temps réel

• Traitement du signal

• Traitement manuel

• Algorithmes pour le traitement

automatisé : DCLDE, séparation de

sources, mesures de niveaux sonores

• Modélisation acoustique

• Calcul et cartographie des risques

• Diffusion de l’information

• Publications scientifiques: Revues,

rapports

• Présentations

• Portail web

5

Réseaux

verticaux

dérivants

Station de fond

Mouillage en « I »

Bouées

temps réel





Ex: Filtrage adapté,

formation de voies,

Capon, MUSICAL, réseau

de neurones

[Bahoura&Simard, 2008],

apprentissage profond

[Kirsebom&Simard, 2019]

6














rapports

• Présentations

• Portail web

a1


















rapports

• Présentations

• Portail web

7




Modélisation, assimilation, inversion

• Modèles adaptés aux différents environnements et objectifs:

BF/HF; Fond plat/canyon; petit/grand fond; 2D et 3D (ex. PE,

intégration nombre d’onde, rayon, éléments/volumes finis,

méthodes spectrales, etc…)

• Inversion/assimilation: Maximum de vraisemblance/a posteriori

(i.e. bayésien) [Gervaise et al. 2008, Aulanier et al. 2013]

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Modèle de

propagation

Mesures

Niveaux

sonores

+-

Modèle

Environnement

Inversion/assimilation

Simulation

Séparation

de source

















• Publications scientifiques: revues,

rapports

• Présentations

• Portail web

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Aulanier, F., Simard, Y., Roy, N., Gervaise, C., & Bandet, M. (2017). Effects of shipping on marine acoustic habitats in Canadian Arctic estimated via probabilistic modeling and mapping. Marine pollution bulletin, 125(1-2), 115-131.


















rapports

• Présentations

• Portail web

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Atlas des paysages sonores sous-

marins|Ocean Soundscape Atlas

OSGL/Viking-WOW: détection

baleine noire




Photo: GREMM 2018

PPO-QMM-BESL: 2017-2022• Impact du bruit de trafic maritime sur le

béluga du Saint Laurent

• Approche habitat: essentiel et hivernage

• Collaboration avec d’autres équipes de l’IML: V. Lesage et al. , J-F Gosselin et al.

• 3 couches d’information 3D sur un cycle

annuel:

• Distribution du bruit dans l’habitat

• Distribution des bélugas

• Interactions bélugas / bruit de navigation

• Informations pour la gestion des écosystèmes

• Cartographie des risques d’impact pour la

gestion marine spatiale

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Effort d’échantillonnage:

• 10 stations directionnelles, 15 mois 2018-2019

~200 TB

• Sonde multi-capteurs embarquée, 8+8 sem.

de terrain, 2018-2019 (V. Lesage)

• Réseaux verticaux dérivants

• En complément des survols aériens (J.F. Gosselin)

• Modélisation acoustique BF et HF,

2013, 2018




Ocean Soundscape Atlas• Portail web interactif OGSL/CIOOS:

http://soundscape-atlas.uqar.ca/

• Distribution 3D bruit de navigation

cycle annuel

• Basse fréquences [16-200 Hz], quantiles

et risques de dépassement de seuils

• AIS, ANSI/ISO SL navires,

environnement, propagation num.

• Cartes et statistiques sur des zones,

coupes, définies par l’utilisateur

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MERIDIAN CFI project, DFO acoustic chair at ISMER-UQAR

http://soundscape-atlas.uqar.ca/




Couverture 100%

Portée 80 km

Étude de performance théorique pour la mise au

point de systèmes de détectionSystème acoustique optimal pour

la détection et localisation temps

réel de baleines noires à grande

échelle

• A) Détection en voie maritime: le

détroit Honguedo, zones ABCGervaise, C., Simard, Y., Aulanier, F., and Roy, N.

2019a. Performance study of passive acoustic systems

for detecting North Atlantic right whales in seaways :

the Honguedo strait in the Gulf of St. Lawrence. Can.

Tech. Rep. Fish. Aquat. Sci. 3345: ix + 52 pp.

• B) Detection en aire d’alimentation:

la zone Gaspé – ShediacGervaise, C., Simard, Y., Aulanier, F., and Roy, N.

2019b. Optimal passive acoustics systems for real-time

detection and localization of North Atlantic right

whales in their feeding ground off Gaspé in the Gulf of

St. Lawrence. Can. Tech. Rep. Fish. Aquat. Sci. 3346: x

+57 pp.

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Solution: réseaux d’hydrophones câblés

côtiers et bouées (en considération)




Monitorage acoustique passif (baleine noire, etc)

• Stations benthiques, N = 4 à 9 de

2010 à 2019

• Séries temporelles de détection

de baleines noires, bleues,

rorquals communs, …

• Bruit : ambiant & navigation

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• Détection temps réel baleine noire

/ Bouées Viking-WOW OOS

• 5 stations, Juin 2019--…

• Diffusion portail SLGO/CIOOS

• https://ogsl.ca/viking/

A

B

C

D a1

https://ogsl.ca/viking/




• Station de mesure MARS (Maritime

Acoustic Research Station)• respecte standard ANSI/ISO

• passage unique, en transit

• temps quasi réel

• Mesures embarquées

• Recherche sur :

• les facteurs et les sources de bruit

• méthodes de réduction du bruit

Mesure des niveaux à la source

• ISMER-UQAR & IMAR, 2020-25

• Transport Canada

• Gouvernement du QC

• Partenaires

• Industrie

• Collab. internationale

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Remerciements

• Y. Simard, N. Roy, L. Bourdages,

C. Juif, C. Claing, C. Chevallier

• V. Lesage, D. Lefaivre

• A. Plourde

• P. Mercure-Boissonnault, P. Lebel,

É. Philippe

• G. Sauvé

• C. Gervaise, J. Lossent

• O. Kirsebom, C. Hilliard

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