Étudier les baleines dans les océans du monde entier n’est pas une tâche facile. Partout, les scientifiques déploient des efforts immenses pour localiser les animaux afin d’en apprendre davantage sur eux. Ils utilisent pour cela des données provenant de satellites, de photographies aériennes, d’hydrophones ou tentent de les observer directement. Mais il ne s’agit généralement que d’instantanés, une surveillance à plus long terme n’est possible que pour les animaux équipés d’une balise GPS. Des chercheurs de l’Université norvégienne des sciences et de la technologie (NTNU), à Trondheim, ont réussi pour la première fois à écouter et à localiser les baleines à fanons en continu, et presque en temps réel en branchant des câbles à fibre optique sous-marins au large du Svalbard.
L’ensemble de l’océan mondial est traversé par environ 1,2 million de kilomètres de câbles à fibres optiques, qui servent aux télécommunications et recèlent un énorme potentiel pour l’étude des baleines. Cette technique, appelée Distributed Acoustic Sensing (DAS), utilise un interrogateur à terre pour puiser dans un système de fibres optiques et le transformer en un réseau virtuel d’hydrophones – autrement dit, des microphones sous-marins.
L’un des rares câbles sous-marins de l’Arctique est celui qui a été mis en service en 2015 entre Longyearbyen et Ny Ålesund, au Spitzberg, et que l’équipe de chercheurs a utilisé pour son étude, publiée dans la revue Frontiers in Marine Sciences. En été, les baleines bleues et autres baleines à fanons se nourrissent dans l’Isfjorden et au large de celui-ci. Pendant quarante jours, en juin 2020, deux chercheuses ont pu utiliser le dispositif d’interrogation et écouter les 120 kilomètres de fibre optique.
« Je pense que cela peut changer le champ de la bioacoustique marine », déclare l’auteure principale Léa Bouffaut, qui était post-doctorante au NTNU et qui poursuit maintenant ses recherches en tant que boursière post-doctorante au K. Lisa Yang Center for Conservation Bioacoustics à l’université Cornell. « L’utilisation d’hydrophones est extrêmement coûteuse. Mais les câbles à fibres optiques se trouvent partout dans le monde et sont accessibles. Cela pourrait être similaire à la couverture de la Terre par l’imagerie satellite, qui a permis aux scientifiques de nombreux domaines différents de mener de nombreux types d’études sur la Terre. Pour moi, ce système pourrait devenir comme des satellites dans l’océan ».
De plus, les hydrophones ne sont installés qu’à quelques endroits, ils ne couvrent qu’une zone limitée et ne sont pas répartis uniformément dans l’océan, ce qui rend par exemple difficile l’étude des routes migratoires.
« En étudiant leurs sons, leurs cris et leurs vocalises, nous pouvons en apprendre beaucoup sur eux. Nous pouvons découvrir où ils se trouvent à différentes saisons, comment et où ils migrent. Nous obtenons donc beaucoup d’informations en les écoutant », explique Hannah Joy Kriesell, post-doctorante à la NTNU et co-auteure de l’étude.
En revanche, la méthode Distributed Acoustic Sensing permet aux chercheurs non seulement de détecter les cris des baleines, mais aussi d’utiliser le réseau de câbles à fibres optiques pour déterminer la position des baleines dans l’espace et dans le temps avec une résolution sans précédent, explique Mme Bouffaut.
« Avec ce système, que nous pouvons en fait appeler un réseau d’hydrophones, nous avons la possibilité de couvrir une zone de surveillance beaucoup plus large. Et comme nous recevons le son sous plusieurs angles, nous pouvons même dire où se trouvait l’animal – la position de l’animal. Et c’est un grand avantage. Et si nous allons encore plus loin, ce qui demande encore un peu de travail supplémentaire, cela pourrait se faire en temps réel, ce qui serait vraiment un grand progrès pour la surveillance acoustique des baleines », explique Kriesell.
Distributed Acoustic Sensing permet également d' »entendre » d’autres sons transmis par l’eau, tels que les grandes tempêtes tropicales, les tremblements de terre et les navires. « Si quelque chose bouge ou produit un son acoustique à proximité de cette fibre enfouie dans le fond marin, nous pouvons le mesurer », explique Martin Landrø, géophysicien à la NTNU, directeur du Centre de prédiction géophysique et co-auteur de l’étude. « Donc, ce que nous avons vu, c’est bien sûr beaucoup de trafic maritime, beaucoup de tremblements de terre, et nous pouvions aussi voir des tempêtes lointaines. Et pour finir, les baleines. Nous avons découvert au moins 830 baleines au total ».
La capacité de transfert de données du réseau norvégien de recherche et d’éducation (Uninett) est très élevée et a permis de transmettre les données brutes de Longyearbyen à Trondheim quasiment en temps réel. « Depuis Trondheim, les chercheurs ont pu commencer presque immédiatement à étudier les enregistrements de signaux provenant de la mer au large du Svalbard. C’est un très bon exemple de changement de paradigme dans l’acquisition de données distribuées », explique Olaf Schjelderup, directeur de Sikt – l’autorité norvégienne des services communs dans l’éducation et la recherche – et co-auteur de l’étude.
Bouffaut et Kriesell ont analysé un total de 250 téraoctets de données pendant 40 jours. Le défi ne résidait pas seulement dans la quantité de données, mais aussi dans le fait que « nous cherchons des signaux sans savoir exactement ce que nous attendons. Il s’agit d’une nouvelle technologie et d’un nouveau type de données que personne n’a encore utilisé pour la recherche de baleines », explique Bouffaut. Bien que le travail ait été pénible, elle l’a néanmoins décrit comme « très, très excitant », surtout lorsqu’ils ont vu des signaux de baleines.
Les données désormais disponibles pourraient être utilisées pour entraîner des modèles d’apprentissage automatique afin de simplifier et d’automatiser l’analyse des données.
Les deux chercheuses ont identifié des sons dits stéréotypés émis par les baleines bleues de l’Atlantique Nord en dehors de l’Isfjorden. Elles ont également découvert des sons dits « D », dont le son oscille vers le bas, et qui peuvent être émis par des mâles, des femelles et des veaux.
En raison du changement climatique, l’Arctique évolue actuellement très rapidement et, par conséquent, son utilisation par les animaux et les hommes également. Alors que les baleines pourraient fréquenter les eaux polaires pendant de plus longues périodes à l’avenir, avec le retrait des glaces, de nouvelles possibilités s’ouvrent simultanément pour le transport maritime, la pêche et le tourisme.
« Si les baleines changent de comportement dans cette zone et ne l’utilisent peut-être plus uniquement pour se nourrir ou pour des activités où elles sont très vulnérables, alors ce type de technologie peut nous aider à surveiller ces changements », déclare Bouffaut.
Bouffaut et Kriesell espèrent pouvoir mettre en place le système DAS de manière à ce que les données puissent être analysées en temps réel. Les informations pourraient alors être transmises aux navires qui traversent des eaux où se trouvent des baleines, afin de réduire le risque de collision. « La glace de l’Arctique fond et le trafic maritime dans l’Arctique a augmenté de manière drastique. Et c’est un problème pour les animaux. Donc si nous avions un moyen d’informer les navires en temps réel de la localisation des baleines, nous pourrions prévenir ou du moins réduire le risque de collisions entre les navires », explique Kriesell.
Julia Hager, PolarJournal
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