À la recherche des bruits sous-marins

À la fin de 2012, une expédition scientifique sans précédent a été organisée à l'Institut Maurice-Lamontagne de Mont-Joli. En véritables collectionneurs d'ondes sonores, les chercheurs de Pêches et Océans Canada ont déployé un observatoire acoustique sous-marin pendant un an. Celui-ci a pu capter continuellement le bruit émis par les navires sur le fleuve Saint-Laurent.

Combinés aux données des cartes du trafic maritime, les enregistrements vont être utilisés pour créer un modèle du bruit introduit par les navires dans les habitats du rorqual commun et du rorqual bleu. Il s'agit d'une expérience unique, qui pourrait devenir une référence en la matière et inspirer d'autres chercheurs partout dans le monde.

Car même si le monde sous-marin semble silencieux, un bruit assourdissant résonne dans le Saint-Laurent, comme ailleurs : « Le bruit des navires est dix fois plus fort qu'en 1960 », affirme Yvan Simard, qui dirige l'équipe responsable de cette recherche scientifique novatrice.

Selon ce chercheur de l'Institut Maurice-Lamontagne, titulaire de la chaire de recherche de Pêches et Océans Canada en acoustique marine appliquée (au ISMER-UQAR) à la recherche sur les écosystèmes, cette pollution sonore, causée en grande partie par la navigation, perturbe la vie des espèces marines, et en particulier leurs communications. Validé en 2015, son modèle pourrait être adapté et utilisé pour simuler les répercussions du bruit sur l'environnement acoustique des mammifères marins le long des routes de navigation vers l'Arctique.

Un projet en trois phases

Rorqual commun Crédit photographique : Véronique Lesage, Pêches et Océans Canada

Rorqual commun

Crédit photographique : Véronique Lesage, Pêches et Océans Canada

« L'objectif principal du projet était de cartographier le bruit émanant des navires de la marine marchande dans le golfe du Saint-Laurent tout au long de l'année. Après un an, un atlas de 300 cartes de la densité du trafic maritime a été produit. Les enregistrements de l'observatoire acoustique ont été envoyés au laboratoire de traitement et d'analyse numériques. Ces deux types de données vont maintenant être combinées dans des modèles de simulation du bruit des navires pour produire un atlas représentant les conditions acoustiques sous-marines des mammifères marins dans un emplacement à un moment donné », explique Yvan Simard.

En premier lieu, le chercheur a d'estimer les signatures sonores des navires de la flotte marchande remontant le fleuve Saint-Laurent vers les Grands Lacs. Ces types d'échantillons sonores n'existaient pas auparavant.

Afin de produire des données représentatives du trafic maritime, l'observatoire acoustique a réalisé ses enregistrements sonores au centre de la route de navigation large de 10 km qui mène à Québec, dans une portion où la largeur de l'estuaire du bas Saint-Laurent est de 50 km. À cet endroit, la profondeur du chenal Laurentien est de 350 m. Le trafic sur la voie maritime du Saint-Laurent est bien moins dense que dans le détroit de Gibraltar ou la Manche, par exemple, et il est donc plus facile d'isoler le bruit de chaque navire et d'en obtenir la signature.

« Nous devions tout de même connaître la densité de la circulation dans le Saint-Laurent et sa composition. À cette fin, nous avons obtenu l'information sur la surveillance de la navigation par l'intermédiaire du Système d'identification automatique (SIA) de la Garde côtière canadienne. Grâce à ces données, nous connaissions le nombre de bateaux et le type de chacun d'entre eux, ainsi que sa longueur, sa position, sa vitesse, son heure de passage, etc. », raconte Yvan Simard.

« En combinant les deux ensembles de données, nous avons pu déterminer une signature acoustique pour chaque navire qui passait au-dessus de l'observatoire acoustique. Nous disposions alors du matériel nécessaire pour élaborer et valider le modèle du bruit émanant des navires dans l'écosystème pour l'année à venir, sélectionné par période de l'année, emplacement et profondeur, par exemple. »

Recueillir les signatures acoustiques

Système AURAL (Autonomous Underwater Recorder for Acoustic Listening) élaboré par une équipe de Pêches et Océans Canada à l'Institut Maurice-Lamontagne avec Multi-Électronique, une entreprise de Rimouski Crédit photographique : Multi-Électronique (MTE) Inc.

Système AURAL (Autonomous Underwater Recorder for Acoustic Listening) élaboré par une équipe de Pêches et Océans Canada à l'Institut Maurice-Lamontagne avec Multi-Électronique, une entreprise de Rimouski

Crédit photographique : Multi-Électronique (MTE) Inc.

Une fois l'emplacement de l'observatoire acoustique déterminé, il restait à l'installer! Et ce n'était pas une mince affaire. Imaginez : l'observatoire acoustique est composé de trois hydrophones pour l'enregistrement des sons sous-marins AURAL (Autonomous Underwater Recorder for Acoustic Listening), alignés verticalement dans l'eau à des intervalles réguliers et maintenus en place par une ligne de mouillage de 280 mètres au large de Mont-Joli.

« L'approche est assez simple, mais elle nécessite une solide expertise pour concevoir tout l'équipement acoustique, minimiser les vibrations à la source et procéder à l'installation sur le site », explique Yvan Simard. Pêches et Océans Canada dispose de cette expertise. Les hydrophones AURAL, élaborés par Yvan Simard et son collègue Yves Samson, ont remporté le Prix 2009 des Partenaires fédéraux en transfert de technologie et sont reconnus partout dans le monde pour leur qualité technique et leur polyvalence.

Fonctionnant en parfaite autonomie, l'observatoire acoustique a consigné tous les sons pendant une période d'un an et les a stockés sur les disques durs des hydrophones. Les chercheurs ont réalisé un entretien de l'observatoire au bout de six mois, dans le but de collecter divers renseignements, dont un téraoctet de données stockées.

Ensuite, l'analyse a commencé. « Au moyen d'algorithmes de traitement des signaux, nous pouvons reconnaître la signature nette d'un navire et l'extraire conformément aux normes internationales », explique Yvan Simard.

Qu'entend-on par signature nette? « En fait, dans la mesure où les microphones sont toujours allumés, tout est enregistré, y compris les vocalisations auxquelles recourent les baleines pour déterminer leur usage de l'habitat, les activités d'écholocalisation, et même le bruit produit par le vent, les vagues ou la glace. Pour établir la signature nette des navires, les interférences doivent être nettoyées lorsque nécessaire », poursuit Yvan Simard. Les algorithmes permettent d'éliminer le bruit de fond.

Au-delà du « nettoyage » du signal, obtenir la véritable signature acoustique d'un navire constitue déjà un défi en soi. Cela suppose d'enregistrer le bruit produit par le navire à sa vitesse de croisière, de préférence sur le côté du navire (selon les normes internationales de l'ANSI), parce que le son émis par un navire n'est pas propagé de manière uniforme dans toutes les directions. Le son enregistré à la poupe du bateau est différent du son produit à la proue, par exemple.

Après une année sur le site, l'observatoire acoustique a été démonté en novembre 2013 et devrait être redéployé ailleurs à une date ultérieure.

Pourquoi avons-nous besoin d'un modèle?

Rorqual bleu Crédit photographique : Véronique Lesage, Pêches et Océans Canada

Rorqual bleu

Crédit photographique : Véronique Lesage, Pêches et Océans Canada

L'homme génère de plus en plus de bruit sous-marin. Les niveaux de bruit dans l'environnement ont doublé à chaque décennie depuis les années 1960 en raison de l'augmentation de l'activité économique et de l'industrie mondiale du transport maritime. Or, pour la vie marine, l'environnement acoustique est essentiel. « Lorsqu'on le modifie, les communications des mammifères marins, par exemple, peuvent se retrouver masquées, comme un cri se perd dans une foule bruyante, ou la portée de transmission diminue. Le régime alimentaire des animaux marins peut également être affecté, car les mammifères marins détectent leurs proies par écholocalisation », explique Yvan Simard.

Maintenant validé, le modèle développé par le chercheur pourra être utilisé pour déterminer l'incidence des routes de navigation vers l'Arctique sur les populations sous-marines, pour estimer la mesure dans laquelle la faune est touchée par les changements sonores générés par les opérations de forage ou pour mettre en place une réglementation sur la gestion du bruit.

Pour en savoir davantage

Pour écouter les bruits sous-marins produits par les humains et les mammifères marins :

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