Lorsqu'un poisson de récif naît, il est immédiatement emporté dans l'océan ouvert où la vie est pleine d'incertitudes. Mais s'il s'en sort vivant et passe d'une larve à un juvénile, le récif le rappelle toujours pour continuer le cycle de reproduction.
Il existe de nombreuses façons pour les poissons de sortir d'un récif pour y retourner. Ces communautés sous-marines sont des endroits très bruyants remplis d'animaux marins et d'invertébrés vocaux, et étant donné que le son se propage loin sous l'eau, les petits poissons sont capables de se connecter aux rapports de trafic pour juger de la qualité d'un récif. Les environnements qui sonnent bien ont également tendance à attirer plus de nouveaux animaux.
Les récifs sains ont un paysage sonore riche. "Beaucoup d'invertébrés et de poissons font des bruits étranges et merveilleux pour toutes sortes de raisons étranges et merveilleuses. Lorsque vous prenez des enregistrements, vous entendez tous ces pops, bourdonnements, trilles et whoops », explique Tim Lamont, chercheur en biologie marine à l'Université d'Exeter. Un récif dégradé, en revanche, a moins de vie et est donc beaucoup plus silencieux. "Si vous êtes dans le domaine de la restauration des écosystèmes, être capable de créer des récifs coralliens qui sonnent bien est une très bonne chose", explique Lamont.
Lamont et ses collègues se sont intéressés à l'étude de la relation entre les sons et la vie sous-marine. Mais ce n'est en aucun cas un processus facile. Souvent, il faut une touche humaine pour nettoyer le bruit de fond dans les enregistrements, annoter l'audio et marquer tous les sons distincts. Et bien qu'il y ait eu quelques tentatives pour automatiser cette tâche, de nombreuses limites techniques subsistent.
Cela est devenu évident lors d'une récente collaboration avec Mars Inc., qui les a contactés et leur a demandé d'utiliser l'écologie du paysage sonore pour surveiller les progrès de leurs restaurations de récifs. (La société de chocolat et d'aliments pour animaux de compagnie a collaboré avec des scientifiques et des communautés locales pour réhabiliter les habitats coralliens endommagés dans le monde entier dans le cadre de son effort plus large pour compenser certains de ses impacts environnementaux négatifs. Mars a également financé en partie ce récent projet de paysage sonore.) Le correspondant étude sur l'effort, publiée cette semaine dans le Journal of Applied Ecology , a constaté qu'au son de celui-ci, les récifs indonésiens endommagés par la pêche à l'explosif se sont bien rétablis après les efforts de restauration.
Les communautés côtières dépendent des récifs coralliens pour se nourrir et plus encore. Lorsque ces structures s'effondrent en raison d'activités humaines telles que la pêche à la dynamite, elles peuvent avoir des effets dévastateurs sur les personnes qui en dépendent pour leur subsistance. Étant donné que ces récifs ont des taux de récupération naturels lents, la restauration du corail, qui constitue le fondement de ces écosystèmes, pourrait ramener des poissons et d'autres formes de vie marine. Mais il n'est pas toujours facile de juger si les restaurations d'habitats prendront ou non. "C'est une chose différente de jardiner quelques coraux que de ramener un écosystème entier", explique Lamont. En plus de vérifier si le corail repousse, les écologistes doivent tester si les nouveaux récifs peuvent soutenir la vie marine, atténuer l'énergie des vagues, contrôler les budgets de carbonate et fournir des moyens de subsistance aux communautés côtières.
C'est là qu'interviennent les analyses du paysage sonore. Elles sont un indicateur prometteur de la diversité globale de l'écosystème, car elles peuvent détecter plus de créatures que les images et l'observation visuelle ; par exemple, les biologistes peuvent entendre des poissons qui sont autrement cachés ou bien camouflés. De plus, avec le son, les experts peuvent surveiller les habitats 24 heures sur 24. "Il y a différentes choses que vous pouvez mesurer sur le paysage sonore", dit Lamont. "Vous pouvez mesurer sa complexité, son volume, sa variabilité dans le temps ou sa variabilité à différentes hauteurs sur des bandes de fréquences."
Pour collecter toutes les données nécessaires, l'équipe a planté des microphones sous-marins, ou hydrophones, tout autour des récifs dégradés, sains et récupérés. Ils ont enregistré le son des récifs à l'aube, au crépuscule, à minuit, à midi, pendant la pleine lune et pendant la nouvelle lune pendant deux ans. "Nous voulions créer une très bonne image", explique Lamont. Ils ont constaté que même si les récifs restaurés "ne semblaient pas identiques aux récifs sains, ils semblaient vraiment similaires" et "très différents des récifs dégradés". Les coraux plantés étaient remplis de bavardages marins, indiquant aux biologistes que de nombreuses créatures approuvaient la construction.
Puis vint la partie peu glamour pour l'équipe de Lamont:s'asseoir dans la salle de son et séparer les couches de coups, ronronnements, croassements, grognements et whoops. Cela revient à démêler les instruments individuels d'un arrangement orchestral complexe.
« C'est une science qui prend beaucoup de temps. Avec cette étude, j'ai passé des mois et des mois à écouter méticuleusement tous ces enregistrements avec mes écouteurs », explique Lamont. "C'est parfois assez abrutissant."
L'équipe essaie maintenant d'automatiser le processus en "faisant en sorte que l'ordinateur fasse le même travail", explique Lamont. Mais c'est une tâche difficile à déléguer aux machines. Parce que les écosystèmes récifaux sont si occupés, il y a beaucoup de bruit de fond qui peut fausser l'analyse vers une faune plus tapageuse. "Lorsque vous écoutez ces enregistrements, vous entendez beaucoup de bruits d'invertébrés [comme] des crevettes qui claquent", qui ressemblent à des craquements statiques ou à de la friture de bacon, dit Lamont. En fait, ces sons sont si forts et répandus que pendant la Seconde Guerre mondiale, les militaires avaient l'habitude de cacher des sous-marins sur les récifs coralliens parce que les crevettes masquaient efficacement le son du sous-marin.
Les techniques de calcul existantes utilisées pour mesurer les paysages sonores, également appelées indices acoustiques, sont principalement conçues pour être utilisées dans des habitats terrestres, comme dans les forêts pour écouter les oiseaux ou les chauves-souris. Pourtant, Lamont voit beaucoup de similitudes entre les forêts et les communautés de récifs. D'une part, différents animaux semblent être actifs pendant certaines périodes de temps, ce qui peut aider les scientifiques à trier la bibliothèque de sons par espace, temps et fréquence. "Nous avons tenté de prendre ces indices et de les appliquer sous l'eau", explique Lamont. "Mais bien sûr, il existe parfois des différences fondamentales entre les types de paysage sonore que vous obtenez dans différents habitats, de sorte qu'ils peuvent ne pas fonctionner aussi bien."
Les scientifiques qui étudient les paysages sonores forestiers ont trouvé des solutions de contournement créatives pour créer des algorithmes d'apprentissage automatique qui ne nécessitent pas la mise en place de stations d'enregistrement parmi les arbres. Lamont pointe vers un PNAS article publié en juillet dernier dans lequel des chercheurs de l'Imperial College de Londres, de l'Université de Sydney et de l'Université Cornell ont utilisé les données AudioSet de Google pour former un algorithme permettant de reconnaître les distinctions sonores entre les forêts individuelles.
La compilation sonore de Google, qui consistait en un mélange de parole humaine, de musique et de bruit de machine, a d'abord appris à l'algorithme à faire la distinction entre différents types de bruit. Ensuite, lorsque le système a été appliqué aux forêts, il a pu classer les catégories de sons dans la forêt. Les auteurs ont écrit qu'il pourrait un jour être utilisé pour détecter des activités irrégulières telles que l'exploitation forestière et la chasse illégales.
Lamont imagine qu'il pourrait éventuellement réutiliser un algorithme similaire pour trier les montagnes de sons océaniques qu'il doit analyser.
L'autre façon, plus classique, d'alimenter un algorithme d'apprentissage automatique utile pour les paysages sonores sous-marins consiste à collecter des tas de données. Des efforts sont en cours dans le monde entier pour créer des ensembles de sons marins, mais le coût de l'équipement peut être une limitation. Un hydrophone de haute qualité avec une grande carte mémoire, par exemple, peut coûter environ 3 000 $.
"Ils sont souvent très chers, ce qui est un peu un problème si nous voulons que plus que de simples scientifiques bien financés puissent le faire", déclare Lamont. En octobre, lui et ses collègues ont publié une étude dans Ecological Indicators qui a constaté que l'audio des caméras Go-Pro (qui coûtent environ 500 $) était dans de nombreux cas comparable à la qualité des données obtenues avec un hydrophone.
"L'essai de ces enregistrements à moindre coût ouvre la porte à l'implication de beaucoup plus de personnes", dit-il. "Cela nous permettrait alors de collecter beaucoup plus de données qui alimenteraient ces techniques d'analyse automatisées de manière à obtenir des informations utiles [avec] peu d'efforts."
Déjà, la technologie de surveillance des océans a parcouru un long chemin. Il y a une dizaine d'années, les hydrophones fonctionnaient sur des bobines de bande et devaient être attachés à un câble qui pendait sur le côté d'un bateau, où se trouvait une station d'enregistrement non étanche. Désormais, ils sont entièrement sans fil et peuvent être déposés dans un fond marin pendant des semaines ou des mois à la fois, jusqu'à ce que les données doivent être collectées.
"Notre capacité à prendre des enregistrements à long terme et de haute qualité sous l'eau est une chose assez nouvelle", note Lamont. "Et c'est en partie pourquoi nous continuons à découvrir toutes ces nouvelles choses que personne n'a jamais enregistrées auparavant." Il se souvient d'avoir rencontré des bruits de récif complètement étranges alors qu'il écoutait les enregistrements d'Indonésie, y compris le grognement d'un poisson soldat, le grattement d'un poisson perroquet et le cri d'une demoiselle. Mais il y avait certains sons, comme un "rire" qui se produisait généralement au lever du soleil, qu'il ne pouvait pas tout à fait placer sur une espèce spécifique.
"Il y a cet élément amusant de mystère autour de cela", dit Lamont. "Des perspectives passionnantes se profilent à l'horizon pour ce domaine, compte tenu de sa jeunesse."
