MARSOUINS COMMUNS LE LONG DES COTES FRANÇAISES.

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1 MISE EN PLACE D UN SUIVI PAR ACOUSTIQUE PASSIVE DES MARSOUINS COMMUNS LE LONG DES COTES FRANÇAISES. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ET RECOMMANDATIONS DANS LE CADRE DU PROGRAMME D ACQUISITION DE CONNAISSANCES NATURA2000 EN MER Photo : F. Nicolas-GECC UNIVERSITE DE LA ROCHELLE FEDERATION DE RECHERCHE EN ENVIRONNEMENT ET DEVELOPPEMENT DURABLE CENTRE DE RECHERCHE SUR LES MAMMIFERES MARINS Pôle Analytique 5 Allée de l Océan LA ROCHELLE TEL : FAX : crmm@univ-lr.fr - Web :

2 MISE EN PLACE D UN SUIVI PAR ACOUSTIQUE PASSIVE DES MARSOUINS COMMUNS LE LONG DES COTES FRANÇAISES. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE ET RECOMMANDATIONS Mai 2011 Flore Samaran 1, Pierre Watremez 2, Vincent Ridoux 1 1 Centre de Recherche sur les Mammifères Marins (CRMM) Université de La Rochelle, 5 Allée de l Océan La Rochelle 2 Agence des Aires Marines Protégées (AAMP) 16 quai de la Douane Brest Cedex 2 Page 2

3 Remerciements Ce travail n aurait pu être établi sans les conseils et l aide d un certain nombre d organismes et de personnes. Nous tenons ici à les remercier tous en particulier Ludivine Martinez (notamment pour sa synthèse préliminaire à l action Natura 2000 sur l état des connaissances sur la distribution du marsouin commun sur les côtes françaises), Willy Dabin, Olivier Van Canneyt, Ghislain Doremus et toute l équipe du CRMM. Les organisateurs et les partenaires de SAMBAH en particulier Julia Carlstrom, Mats Amundin, Len Thomas, Nick Tregenza, Jakob Tougaard, Sophie Hansen, Hanna Nuuttila et Jens Koblitz pour tous leurs précieux conseils et leur retour d expérience. Et enfin pour leurs nombreux conseils sur la logistique, la technique et la mise en œuvre nécessaire pour la création d un suivi des marsouins communs par acoustique passive le long des côtes françaises nous tenons à remercier grandement François Gally et l équipe du Groupe d Etudes des Cétacés du Cotentin ; Lucia di Iorio et Cédric Gervaise de l ENSTA ; Philippe le Niliot du Parc Naturel Marin d Iroise ; Emmanuel Bruger, ancien marin pêcheur ; Coraline Jabouin du CRPMEM- Aquitaine et Manollo Castellote de la NOAA. Page 3

4 Sommaire Introduction 8 I. Etat des connaissances du marsouin commun le long les côtes françaises 9 I.1. Distribution 9 I.2. Comportement, régime alimentaire et habitat 12 I.3. Menaces 13 I.4. Les zones Natura 2000 en mer et le marsouin commun 13 II. Utilisation de l acoustique passive pour le suivi du marsouin commun 16 II.1. Détection acoustique du marsouin commun 16 II.2. Les outils 17 II.2.1. Suivi par acoustique passive avec un hydrophone tracté 17 II.2.2 Suivi par acoustique passive avec un hydrophone statique 17 II.3. Méthodologie du suivi par acoustique passive statique 18 II.3.1 Les instruments 18 II.3.2. Le post traitement 19 II.3.3. Efficacité du détecteur automatique 20 II.3.4. Echelles temporelle et spatiale de la méthode 21 II.3.5. Résultats possibles : densité relative ou absolue? 21 III. Exemples de suivis de marsouins par acoustique passive statique 23 III.1. Le projet d acquisition de connaissance N2000 en Allemagne 23 III.2. Le projet LIFE + SAMBAH 25 III.3. Autres études où plusieurs espèces cohabitent 28 IV. Conception d un observatoire acoustique pour le suivi des marsouins communs en France : stratégie, faisabilité et recommandations 29 IV.1. Définir les objectifs que l on souhaite atteindre 29 IV.1.1. Scénario 1 30 IV.1.2. Scénario 2 32 IV.2. Faisabilité 34 IV.2.1. Bathymétrie des côtes françaises 35 IV.2.2. Nature du fond 35 IV.2.3. Vents, courants et marée 35 Page 4

5 IV.2.4. Trafic maritime, pêche et industrie 36 IV.3. Quel type de mouillage pour ces contraintes et quel moyen à la mer associé? 37 IV.3.1. Systèmes d ancrage devant résister aux vents, courants et marée 37 IV.3.2. Systèmes d ancrage devant résister aux activités de pêches 38 IV. 4. Les étapes indispensables pour l observatoire 41 V. Résumé des scénarios possibles et estimation du coût global de l observatoire 43 V.1. Synthèse des scénarios possibles 43 V.2. Estimation du budget 44 VI. Proposition d une phase de pilote pour affiner la conception d un observatoire acoustique pour le suivi des marsouins communs en France 47 VI.1. Pourquoi un pilote? 47 VI.2. Objectifs du pilote 47 VI.3. Méthodologie 48 Conclusion 49 Bibliographie 50 Page 5

6 Liste des Figures Figure 1. (a) Distribution de l effort d observation en Atlantique et en Manche (maille 20x20) et (b) distribution des observations de marsouins communs réalisées en effort en Manche et en Atlantique. (source : campagnes ROMER, ATLANCET, SCANS-II, CRMM, Océanopolis, le GECC, OCEAMM). Figure 2. Cartes de répartition et de densité (nombre d individus/km²) du marsouin commun établies au cours des campagnes SCANS (a) de 1994 et SCANS-II (b) de 2005 (SCANS, 2006). Figure 3. Carte des observations en mer confirmées de marsouins communs le long des côtes françaises (source : CRMM, Océanopolis, le GECC, OCEAMM et l'aérobaie du Mont Saint-Michel). Figure 4. Distribution des échouages de marsouins communs le long des côtes françaises de 2002 à 2008 (source : RNE). Figure 5. Zones Natura 2000 en mer proposées par la France et zones d intérêts «connues» du marsouin commun à la côte (ellipses violettes) et au large (ellipses rouges). Figure 6. C-POD (source Chelonia Ldt). Figure 7. Nombre de minutes par jour d enregistrement où des clics de marsouins (en rose) et de dauphins (en bleu) ont été détectés par un T-POD (source Chelonia Ldt). Figure 8. Réseau de T-POD (croix) mis à l eau de 2002 à 2005 le long des côtes de l Allemagne (source : Verfuss et al 2007). Pour faciliter les analyses la zone d étude a été divisée en 3 secteurs (I, II et III). Figure 9. Pourcentage de jours avec des détections de marsouins par trimestre pour les 3 sections de l aire d étude sur les 4 années d enregistrements (source : Verfuss et al 2007). Figure 10. Parc de C-POD du projet LIFE+ SAMBAH (source : SAMBAH). Figure 11. Mise à l eau des premiers instruments (source : SAMBAH). Figure 12. Description du mouillage de base pour le projet SAMBAH (source : SAMBAH). Figure 13. Conception de l observatoire pour le scenario 1 : dans une zone définie pour le suivi par acoustique passive des marsouins communs et couvrant toutes les côtes françaises (en jaune), chaque croix représente la position d un instrument. Les instruments sont séparés de 20mn. Figure 14. Conception de l observatoire pour le scenario 2 : on concentre la répartition des instruments dans des secteurs ou boites identifiées à dire d expert d intérêt pour les marsouins ou dans des zones Natura 2000 proposées. Figure 15. Bathymétrie des côtes françaises (source : Meteo France). Sous l isobathe des 100 m le déploiement est possible moyennant une logistique adéquate. Figure 16. Carte des principaux enjeux connus liés aux usages et aux ressources du milieu marin le long des côtes françaises. Source AAMP. Figure 17. a) schéma du mouillage à Cardigan Bay, Pays de Galles (source : Simon et al 2010) et b) schéma du mouillage pour le projet Nysted Offshore Winf Farm, mer Baltique (source : Carstensen et al 2006). Figure 18. Instrument fixé verticalement sur une structure de type tripode couplé à d autres appareils (image: J.Backers, MUMM, source : Haelters 2009). Figure 19. Système de mouillage couplé (a) ou déployé à proximité (b) d une bouée de signalisation déjà existante (source : Haelters 2009). Figure 20. C-POD fixé sur une épave en Baie de Seine occidentale par le Groupe d Etudes des Cétacés du Cotentin. Figure 21. C-POD dans un casier à Homard (source : Ilfracombe research project, Devon Wildlife Trust, University of Exeter et Natural England). Page 6

7 Liste des Tableaux Tableau 1 : Estimation globale du budget envisagé dans le cas du scenario 1 Tableau 2 : Estimation globale du budget envisagé dans le cas du scenario 2 Page 7

8 Introduction Dans le cadre de l avenant n 2 de la convention entre le MEEDDM et le CRMM n relative aux activités d observatoire et d expertise du CRMM, une des actions consiste en la détermination des schémas de présence et d indicateur de densité relative du marsouin commun (Phocoena phocoena) au large des côtes françaises de la mer du Nord, de la Manche et de l Atlantique par acoustique passive. Cette action s inscrit dans le volet «mammifère marin» du programme d acquisition de connaissances Natura 2000 audelà de la mer territoriale, en vue de la désignation des sites Natura 2000 en mer. Le présent rapport a pour but de faire un inventaire de la bibliographie disponible relative à la faisabilité d un observatoire acoustique pour la mise en place d un suivi des marsouins communs le long des côtes françaises dans le cadre de la démarche Natura 2000 en mer. Il s articule en 4 parties. La première partie fait état des connaissances actuelles sur le marsouin commun et sa distribution le long des côtes françaises. Dans cette partie, les zones Natura 2000 proposées sont présentées afin de comparer i) les zones constituant des habitats connus pour le marsouin commun d après les connaissances actuelles, ii) les zones où les connaissances actuelles sont insuffisantes pour définir leurs importances pour le marsouin et iii) les sites actuellement proposés comme zone Natura Cette première partie permet de cibler quelle stratégie il est possible d adopter dans la collecte des données en vue de répondre aux objectifs de l action. La seconde partie décrit ce qu est un suivi par acoustique passive et l intérêt de son utilisation pour améliorer les connaissances sur le marsouin commun. Cette partie présente les outils disponibles, le type de données collectées et les résultats qu il est possible d obtenir par cette méthode. Dans une troisième partie, les deux principaux exemples de suivis par acoustique passive réalisés ou en cours de réalisation en Europe sont détaillés. L analyse de ces expériences permet de connaitre plus précisément la méthodologie à mettre en place selon les objectifs que l on souhaite atteindre ; les moyens à mettre en œuvre et les limites de la méthode, à différents niveaux, de la logistique au type de résultats obtenus. La quatrième partie présente comment il est possible de concevoir un observatoire acoustique le long des côtes de la France en décrivant deux scénarios envisageables possible selon les objectifs que l on souhaite atteindre. Les différentes stratégies d échantillonnage possibles, les difficultés potentielles quant à la faisabilité dans les eaux qui entourent la France et les recommandations soulignées par les études passées sont alors présentées. La cinquième partie résume ces scénarios et présente une première estimation du coût global de l observatoire. Enfin, pour choisir et dimensionner le dispositif de cette action et calibrer l effort à mettre sur les différents scénarios proposés, la sixième et dernière partie de ce rapport présente l importance de débuter le projet par un pilote dans quelques régions bien définies. Page 8

9 I. Etat des connaissances du marsouin commun le long les côtes françaises Ce premier chapitre synthétise l état des connaissances du marsouin commun le long des côtes françaises. Des détails supplémentaires sont disponibles dans le rapport du CRMM «Etat des connaissances sur la distribution de deux espèces Natura 2000 : le grand dauphin et le marsouin commun sur les côtes françaises» (Martinez et al. 2010). I.1. Distribution Le marsouin commun (Phocoena phocoena) fréquente les eaux côtières froides à tempérées de l hémisphère Nord (Read 1999). Sur les côtes françaises, l espèce est observée en mer du Nord, en Manche et le long des côtes atlantiques (Figure 1 a et b). En revanche, elle est quasiment absente en Méditerranée (Frantzis et al 2001). a. b. Figure 1 : (a) Distribution de l effort d observation en Manche et en Atlantique (maille 20x20) et (b) distribution des observations de marsouins communs réalisées en effort en Manche et en Atlantique (source : campagnes ROMER, ATLANCET, SCANS-II, CRMM, Océanopolis, le GECC, OCEAMM). D après les figures 1 a et b, les observations en mer sont peu nombreuses. Dans certaines zones, notamment le long de la façade atlantique, en dépit d un effort d observation relativement important, les observations de marsouins communs restent rares. Sur les côtes françaises l espèce était considérée comme abondante jusque dans les années 50 mais la population a décliné drastiquement à partir des années (Rosel 1997). La chasse directe (Read 1999) et la destruction de l habitat du marsouin commun (Donovan & Bjørge 1995) seraient les principales causes de cette disparition. Toutefois de récentes études ont montré une augmentation significative du marsouin commun en Manche depuis une quinzaine d années (MacLeod et al 2009) et autour de la Bretagne (Reid Page 9

10 et al 2003). Les résultats des campagnes internationales de recensements SCANS et SCANS-II (Small Cetaceans in the European Atlantic and North Sea ) ont révélé que ce changement d abondance n est pas dû à une réelle augmentation de la population du marsouin mais plutôt à un changement dans la répartition des populations du nord vers le sud de la mer du Nord et en Manche (Hammond & MacLeod 2006 Figure 2). Cette migration pourrait expliquer l augmentation du nombre de marsouins communs observés mais aussi échoués sur les côtes françaises. Les estimations de population de SCANS-II estiment la population de la zone sud de la mer du Nord-Manche-mer Celtique à environ (CV = 0.38) et à (CV = 0.65) pour le talus du golfe de Gascogne et de la péninsule ibérique (Hammond & MacLeod 2006). a. b. Figure 2 : Cartes de répartition et de densité (nombre d individus/km²) du marsouin commun établies au cours des campagnes SCANS (a) de 1994 et SCANS-II (b) de 2005 (SCANS, 2006). De nos jours les observations en mer de marsouins communs enregistrées le long des côtes françaises sont encore assez peu nombreuses et localisées mais cette faiblesse dans les observations reflète surtout le manque de moyen dans l acquisition de données et/ou l inadéquation des moyens actuellement utilisés (Figure 1 a et b ; Martinez et al 2010). Les observations sont surtout faites dans le Nord-Pas de Calais (Simar 2010), en Manche (baie de Seine occidentale, baie du Mont Saint-Michel GECC, Aérobaie du Mont Saint-Michel), au nord-est et à l est de la pointe Bretonne (Océanopolis) et dans le golfe de Gascogne (campagne PELGAS, PELACUS) (Figure 3). Page 10

11 9 Depuis une quinzaine d année, une forte augmentation des échouages de marsouins communs a été observée le long de toutes les côtes de la France, de la mer du Nord au golfe de Gascogne (Figure 4). Ces dernières années, la principale cause de mortalité des marsouins échoués semble être la capture accidentelle. En effet plus de 40% des animaux échoués présentent des marques de captures. Les échouages ont lieu toute l année mais ils sont plus importants durant l hiver (de janvier à avril). Les plus grandes densités d animaux échoués portant des marques de captures se retrouvent sur les côtes de la Manche Orientale, au sud de la Grande Bretagne, mais aussi au sud du golfe de Gascogne (Van Canneyt et al 2009). Page 11

12 . Figure 4 : Distribution des échouages de marsouins communs le long des côtes françaises de 2002 à 2008 (Source : RNE). I.2. Comportement, régime alimentaire et habitat Le marsouin est un animal petit (150 cm en moyenne) et discret, généralement décrit comme peu social, il est souvent observé seul ou en petit groupe de 2 à 4 individus. Des études télémétriques ont montré que le marsouin effectuerait à plus de 80% des plongées peu profondes (<10m) et de courtes durées (<1min). La vitesse moyenne de nage serait inférieure à 1m/s (Otani 2000). Le régime alimentaire du marsouin varie entre les régions. Il se nourrit principalement de petits poissons démersaux (Donovan & Bjørge 1995), notamment de gadidés et de merlucidés (Read 1999). En Atlantique nord-est, les principales espèces consommées sont le merlan (Micromesistius poutassou), la sardine (Sardina pilchardius) et le chinchard (Trachurus trachurus) (Spitz et al 2006). Sa consommation journalière serait en moyenne de 4 à 5 kg de poissons (Fontaine et al 2007). Observé à proximité du littoral dans des profondeurs inférieures à 100 m (Carreta et al 2001, Wier et al 2007, Skov & Thomsen 2008), le marsouin a une préférence pour les eaux côtières, sa distribution semble fortement liée à celle de ses proies et diffère selon les saisons (Skov & Thomsen 2008). Une étude récente sur la caractérisation de la présence du marsouin en baie sud de la mer du Nord et en Manche Orientale (Simar 2010) a mis en évidence une saisonnalité des observations dans la zone. En effet, les observations étaient plus importantes en période hivernale. Une variation spatiale intra-annuelle de la présence du marsouin dans la zone d étude a également été notée. Les marsouins seraient observés plus près des côtes en été qu en hiver. Une saisonnalité dans les échouages a également été Page 12

13 reportée. Le pic annuel d échouage a lieu entre février et avril ; puis, un nouveau pic plus léger a lieu en aout et septembre en baie sud de la mer du Nord et Manche Orientale (Simar 2010). La distribution temporelle des échouages sur les côtes atlantiques est sensiblement la même (Van Canneyt et al 2009). On notera que certaines captures accidentelles ont eu lieu au large, à une certaine distance de la côte, ce qui indiquerait que l espèce n est pas uniquement côtière (Rogan & Berrow 1995). La présence de poissons pélagiques (clupéidés et carangidés) et d euphausiacés océaniques (Meganyctyphanes norvegica) dans des contenus stomacaux de marsouins (Read 1999, Spitz et al 2006) supportent l hypothèse que l espèce ne soit pas uniquement côtière. I.3. Menaces Par son comportement côtier, le marsouin commun est particulièrement soumis aux activités humaines. L habitat côtier des marsouins est de plus en plus industrialisé, et le taux de polluants dans les tissus des marsouins est élevé, notamment en PCB (Tilbury et al 1997). L habitat néritique et la nature des proies du marsouin augmentent la vulnérabilité de l espèce aux filets et donc aux captures accidentelles. Il est difficile d estimer le taux de captures accidentelles mais il est fort probable que ces captures soient la première cause de mortalité induite chez cette espèce (Gaskin 1984). Des estimations évaluent le nombre de captures à environ 300 marsouins par an (CV = 0.64) pour la Manche et l Atlantique (Morizur et al 2009, Morizur In Ridoux & Van Canneyt 2010). Les trémails et les filets maillants seraient les principaux responsables des captures accidentelles de marsouins en mer du Nord (Haelters & Camphuysen 2009). Des «niveaux soutenables de capture» sont déterminés pour fixer des seuils acceptables de captures accidentelles. Le prélèvement biologique potentiel désigné dans le cadre des accords ASCOBANS fixe ce taux à 1% de l estimation basse de la population (Donovan & Bjørge 1995). Une étude en mer Celtique estime que 2200 individus par an sont capturés dans des engins de pêche, soit 6,2 % de la population (Tregenza et al 1997). I.4. Les zones Natura 2000 et le marsouin commun Le marsouin commun est listé dans l annexe II de la Directive Habitats au titre d espèce nécessitant la mise en place de zones spéciales de conservation (ZSC) et dans l annexe IV impliquant une protection stricte de l espèce. Les ZSC de la directive habitats (92/43/CEE) et les zones de protection spéciale (ZPS) définies sous la directive oiseaux (2009/147/CE), forment un réseau de sites protégés à travers l Europe, le réseau Natura Le volet marin de Natura 2000, Natura 2000 en mer a pour but d établir un réseau cohérent de zones de conservation maritimes, à l instar du réseau terrestre. Les procédures de désignation des sites Natura 2000 s appuient sur des critères scientifiques définis dsans l Annexe III de la Directive Habitats. Or le marsouin commun comme la plupart des mammifères marins est une espèce mobile et largement distribuée dont l observation est assez difficile et en conséquence souvent biaisée selon les segments de population ou les circonstances de l observation. La définition de leurs zones d habitats se heurte à des difficultés (Embling et al 2010). Cependant, l'article 4 de la Directive Habitats indique que Page 13

14 pour les espèces aquatiques qui occupent de vastes territoires, des ZSC ne sont proposées que s'il est possible de déterminer clairement une zone qui présente les éléments physiques et biologiques essentiels à leur vie et leur reproduction. Une réunion de la Commission Européenne en 2000 a défini que les zones potentiellement sélectionnables pour les espèces hautement mobiles comme les mammifères marins sont identifiables par 3 facteurs : - la présence continue ou régulière de l espèce ; - une densité de population importante par rapport aux zones voisines ; - un fort pourcentage de juvéniles durant une partie de l année. Figure 5 : Zones Natura 2000 en mer proposées par la France et zones d intérêts «connues» du marsouin commun à la côte (ellipses violettes) et au large (ellipses rouges) Actuellement, les zones Natura 2000 en mer proposées pour le marsouin commun regroupent 36 sites dont un classé comme remarquable pour l espèce (figure 5). Ce site désigne les falaises du Cran aux Œufs et du Cap Gris-Nez, les marais de Tardinghen, les dunes du Chatelet et de Wissant. Tous les sites désignés sont côtiers, or, les marsouins également présents à plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres des côtes, zones actuellement non concernées par les sites Natura La figure 5 met en évidence les sites d intérêts «connus» pour le marsouin commun (ellipses entourées en mauve et en rouge). Les parties côtières qui ne sont pas entourées le long des 2 façades ne peuvent pas être définies comme des zones dépourvues de marsouins. L effort d observation et les connaissances actuelles sur Page 14

15 la distribution et l habitat du marsouin le long des côtes françaises sont actuellement insuffisants pour désigner précisément des zones et en exclure d autres d où le besoin d un programme de collecte de données nationales. Page 15

16 II. Utilisation de l acoustique passive pour le suivi du marsouin commun II.1. Détection acoustique du marsouin commun Pour des espèces peu démonstratives et difficiles à observer comme le marsouin commun, il est possible d avoir recours à une autre technique de suivi que le suivi visuel classique : l acoustique passive (Verfuss et al 2007). Cette méthode consiste à enregistrer tous les sons présents dans le milieu marin au moyen d un hydrophone, puis de chercher dans ce bruit ambiant des signaux sonores spécifiques émis par les cétacés. Ce sont les caractéristiques fréquentielles mais aussi la forme et la durée des signaux émis qui permettent de distinguer les espèces présentent dans une aire d écoute donnée. Pour attribuer un signal sonore enregistré à une source animale, il est essentiel en amont d effectuer des observations visuelles en complément d un suivi acoustique. Cependant depuis plus d une cinquantaine d années des suivis acoustiques et visuels ont eu lieu dans toutes les mers du globe et des catalogues de sons existent ce qui permet, pour certaines espèces, de s affranchir d observations visuelles quand on effectue un suivi par acoustique passive (e.g. Richardson et al 1998). Le suivi de cétacés par acoustique passive a l avantage de pouvoir être mené sous toutes conditions de visibilités et d éclairement, de jour comme de nuit et quel que soit l état de la mer. La taille de l aire d écoute dépend de la sensibilité du capteur, de la propagation du son, du bruit ambiant dans le milieu et des caractéristiques du signal luimême (fréquence et intensité). En effet selon la fréquence et l intensité d émission du signal, l atténuation de celui-ci dans le milieu pourra varier de quelques dizaines de mètres (pour les signaux à hautes fréquences) à plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres (pour les signaux à basses fréquences). Comme tous les cétacés à dents, le marsouin commun utilise l écholocation (système qui consiste à envoyer des sons hautes fréquences et à écouter leurs échos pour localiser et identifier des éléments de l environnement i.e. obstacles, proies) pour sa recherche alimentaire (Beedholm & Miller 2007) et son orientation (Verfuss et al 2005). Ainsi, fréquemment, le marsouin émet des trains d ultrasons ou «clics», courts, dans une bande de fréquence étroite dont l énergie maximale se situe autour de 130 khz (Au 1993, Akamatsu et al 2007). Ces clics sont très distincts des autres clics d écholocation des odontocètes. La spécificité de ces clics et de leurs structures peut être utilisée comme un très bon indicateur de la présence du marsouin dans une zone au moyen d un suivi par acoustique passive. Page 16

17 II.2. Les outils Le suivi par acoustique passive peut être réalisé selon deux approches différentes. II.2.1. Suivi par acoustique passive avec un hydrophone tracté Un bateau tracte un hydrophone qui enregistre les sons du milieu marin. Un observateur acoustique ou encore un logiciel automatique de reconnaissance des signaux (type classifieur e.g. Pamguard, identifie en temps réel les sons enregistrés et attribue la présence d une ou plusieurs espèces dans la zone. Cette méthode peut venir compléter une campagne d observations visuelles par transect en ligne la nuit ou, lorsque les conditions météorologiques ne permettent plus de faire un suivi visuel. Ici, cette méthode permet de mesurer la taille des groupes en suivant les différents angles de provenance des sons et d estimer la densité relative des animaux acoustiquement actifs dans la zone (en utilisant les même principe que le distance sampling). La complémentarité des deux approches, le visuel et l acoustique, permet d affiner grandement la collecte des données. Cette méthode a, par ailleurs, été utilisée dans les campagnes SCANS et SCANS-II (Hammond et al 1995). Le suivi par hydrophone tracté a l avantage d identifier en temps réel les animaux présents dans la zone mais elle possède néanmoins les mêmes désavantages qu une campagne d observations visuelles en mer. Ce suivi est couteux puisqu il nécessite un bateau et il ne peut se faire que sur de courtes périodes de temps avec une couverture spatiale relativement limitée. C est un «instantané» de la fréquentation des cétacés présents dans un lieu et pour un instant précis. De plus les résultats peuvent être biaisés pour des espèces farouches comme le marsouin qui auraient tendances à éviter les bateaux (Teilmann et al 2006, Buckland et al 2001, Dawson et al 2004). Par conséquent, cette méthode ne semble pas très adaptée pour acquérir des connaissances relatives à la présence des marsouins communs sur une grande surface et pendant une longue période temps et elle ne sera pas préconisée pour notre étude. II.2.2. Suivi par acoustique passive avec un hydrophone statique Un instrument contenant un hydrophone, une batterie et un disque dur interne est mis à l eau à une position fixe et enregistre de façon autonome les sons du milieu marin. Les données sont alors stockées dans une carte mémoire ou un disque dur interne. Elles ne pourront être accessibles pour l analyse qu à la récupération de l instrument. Le traitement des données ce fait donc a posteriori. Avant de mettre à l eau l instrument, il est possible de choisir le taux d échantillonnage (qui permettra d enregistrer toutes la bande de fréquences ou non) et la durée des enregistrements (en continu ou non). L autonomie des batteries ou de la mémoire est le facteur limitant de ces instruments. Pour enregistrer sur de longues périodes de temps il faut alors réduire le taux d échantillonnage ou la durée des enregistrements, tout dépend sur quelles espèces l étude sera ciblée. Pour les espèces qui émettent à de très hautes fréquences comme le marsouin Page 17

18 commun, il est nécessaire d enregistrer avec un taux d échantillonnage extrêmement grand. De nos jours, peu d instruments autonomes sont capables d enregistrer avec un taux d échantillonnage aussi important. Cependant il existe des instruments spécialement dédiés au suivi des marsouins par acoustique passive statique. Un suivi par acoustique passive statique permet de renseigner sur la distribution géographique et saisonnière des animaux acoustiquement actifs (Verfuss et al 2007). Pour répondre aux objectifs du programme d acquisition de connaissances sur le marsouin commun le long des côtes françaises, cette méthode semble être bien adaptée. Aussi, les détails de la méthode sont présentés dans la suite de cette partie. II.3. Méthodologie du suivi par acoustique passive statique II.3.1. Les instruments Pour le suivi par acoustique passive statique des marsouins on utilise une catégorie d instrument acoustique nommé POD. De façon générale, un POD est composé d un capteur (un hydrophone), une carte mémoire, des batteries et un processeur, le tout imbriqué dans un tube léger de PVC ou de polypropylène de dimension inférieure à un mètre de long. Plusieurs types de POD existent : le T-POD (Timing POrpoise Detector, Chelonia Ldt), le C-POD (Cetacean POrpoise Detector, Chelonia Ldt) et le PCL (Porpoise Click Logger, Aquabiota). Actuellement, seules les T-POD et les C-POD sont utilisés. Les PCL étant encore au stade de prototype ; nous ne décrirons pas ces instruments. En 2010, le German Oceanographic Museum a débuté une étude comparative entre les différents instruments existants. Le projet COSAMM (Comparison Of Static Acoustic Monitoring Method) devra apporter ses conclusions en 2012 (Dahne et al 2011). De façon générale le T-POD ou le C-POD analyse en temps réel le bruit ambiant et attribue à un évènement une source sonore. Le signal original qui atteste la présence de l évènement n est pas conservé. Pour décrire brièvement le principe, le capteur enregistre les sons du milieu marin et un algorithme de détection, interne à l instrument, compare directement l énergie présente entre une bande de fréquence de référence et celle des signaux d intérêts (i.e. clics de marsouin, grand dauphin, beluga). Lorsqu un bruit est en phase avec ces critères alors l instant auquel le signal d intérêt recherché a eu lieu et sa durée sont enregistrés dans un fichier comme un évènement. L instrument peut détecter comme évènements toutes sortes de sons dont la source n est pas un cétacé (crustacés, sonar de bateau ). La répétition, la durée et la fréquence des évènements détectés sont analysées à l aide d un logiciel spécifique et la source des évènements est alors catégorisée entre différentes possibilités : cétacé, probablement un cétacé, inconnu et enfin sonar de bateau. Tous les évènements acoustiques attribués à la présence de cétacés dans la zone d écoute sont ainsi répertoriés. La répétition des clics nommée «trains de clics» indiquent la présence de cétacés. La durée des intervalles entre les clics apportent des informations sur le comportement acoustique de l animal. Page 18

19 Le T-POD a été créé il y a moins d une dizaine d année par l entreprise Chelonia Ldt ( Il permet de détecter spécifiquement les clics d écholocation d une espèce recherchée en configurant spécifiquement l instrument avant sa mise à l eau. Cet outil a été largement utilisé dans plusieurs pays, notamment en Europe du Nord pour détecter la présence de marsouins dans des zones à faible densité ou dans des zones où la turbidité et l état de la mer ne permettent pas les observations directes (Verfuss et al 2007, Thomsen et al 2005, Carstensen et al 2006). Cet outil a également été largement utilisé pour les études d impacts associées à l exploration et l exploitation des énergies renouvelables offshore. Depuis 2007, le T-POD n est plus produit et un nouvel outil de détection plus performant a été développé par la même compagnie : le C-POD ( figure 6). Ce nouvel instrument présente plusieurs avantages en comparaison avec le T-POD. Il détecte simultanément tous les évènements dans une large gamme de fréquence (20-160kHz) sans configuration avant sa mise à l eau. En post traitement, à l aide du logiciel CPOD.exe (Chelonia Ldt), la source de l évènement est attribuée. L algorithme compare ici l énergie entre différentes bandes de fréquences de références selon la source ou l espèce recherchée (i.e. 130 khz pour le marsouin commun et 50 khz pour le grand dauphin). La carte mémoire (SD) possède une plus grande capacité et peut être changée en mer. Enfin la durée de vie des batteries est beaucoup plus longue en comparaison avec le T-POD (Diederichs et al 2008). Le C-POD mesure 65 cm de long et pèse 3.9 kg avec les batteries (8 ou 10 piles alcalines D) soit 0.7 kg dans l eau. Il fonctionne uniquement s il est en position vertical, dans des profondeurs allant de 0 à 100m et a une autonomie moyenne de 3 mois. Le capteur est un hydrophone omnidirectionnel couvrant une bande passante de 20kHz à 160kHz. Il est enfermé dans une coque de protection. Pour chaque évènement détecté il reporte l intensité, la fréquence centrale, la durée et l enveloppe du signal. Toutes les minutes, l angle de position de l instrument par rapport à la verticale est mesuré ainsi que la température de l eau. Figure 6 : C-POD (source Chelonia Ldt) II.3.2. Le post traitement Le logiciel CPOD.exe attribue, selon certains critères, à chaque évènement détecté une espèce et un coefficient de certitude dans l identification. Par espèce, les données sortantes sont alors l instant t de la détection et la durée de cet évènement. Le logiciel résume toutes ces informations puis différentes métriques sont alors utilisées pour analyser les données. Page 19

20 Ces différentes métriques sont - le temps d attente entre 2 évènements (Waiting time ; Carstensen et al 2006) ; - le nombre de détection par unité de temps (Carstensen et al 2006) ; - le pourcentage de détection positive par unité de temps (Detection postive days / hours / 10minutes /minutes ; Verfuss et al 2007, Dahne et al 2008, Simon et al 2010). Cette dernière métrique est la plus fréquemment utilisée pour définir la préférence d habitat et la saisonnalité de présence des marsouins communs sur un intervalle de temps. La figure 7 montre un exemple de résultats que l on peut obtenir après traitement des données collectés par un T-POD, avec en abscisse la date et en ordonnée le nombre de minutes par jour pour lesquelles il y a eu des détections de marsouins (en rose) et de dauphin (en violet). Figure 7 : Nombre de minutes par jour d enregistrement où des clics de marsouins (en rose) et de dauphins (en bleu) ont été détectés par un T-POD (source Chelonia Ldt) II.3.3. Efficacité du détecteur automatique Comme pour tous les détecteurs automatiques, les résultats peuvent comporter des «faux positifs» (l algorithme identifie un évènement comme un clic de cétacés alors qu en réalité ce n est pas un clic de cétacés) et des «faux négatifs» (l algorithme ne détecte pas de clic alors qu il y en a eu un). Quand on travaille dans une zone bruyante (bateaux, rochers, bruits de mouillage) ou encore dans une zone où plusieurs espèces cohabitent, ces taux peuvent être importants et il est nécessaire de les évaluer en sous-échantillonnant les détections et en vérifiant leur cohérence manuellement. Une étude récente a comparé sur un même secteur des détections visuelles et acoustiques de marsouins communs et de grands dauphins fréquentant les côtes écossaises (Bailey et al 2010). Les résultats ont montré que le nombre de détections acoustiques était supérieur au nombre de détections visuelles. Cependant, il n existerait pas de relation entre le nombre de clics détectés acoustiquement et la taille des groupes. L algorithme de Page 20

21 détection et de classification s est révélé robuste mais il a néanmoins classifié des évènements comme clics de marsouins alors qu aucun marsouin n était observé visuellement dans la zone et qu il y avait uniquement des grands dauphins. Une autre étude a par ailleurs montré que certains clics de grands dauphins pouvaient être produits avec un pic d énergie situé à 100 khz et plus. Dans ce cas, ces clics ne sont pas classifiés comme clic de dauphin (configuré à 50kHz) mais ils peuvent être détectés comme des clics de marsouins (Simon et al 2010) ce qui augmente le taux de faux positifs. Enfin, pour avoir une bonne cohérence des détections, il est recommandé de calibrer les instruments d un même réseau pour pouvoir comparer, a posteriori les détections (Verfuss et al 2011, ECS). II.3.4. Echelles temporelle et spatiale de la méthode Si les batteries et la carte mémoire sont changées régulièrement (environ tous les 3 mois), l échelle temporelle d un suivi par acoustique passive statique peut être de plusieurs mois, saisons ou encore années. Cette méthode permet donc de faire un suivi à long terme de la fréquentation des marsouins communs dans une zone. Cependant, l échelle spatiale est relativement faible. La zone de détection du C-POD pour détecter des clics de marsouins communs serait de 100m à 300m au maximum (Tougaard et al 2006c) et un peu plus de 1000m pour les grands dauphins (1246 m, Philpott et al 2007). Cette aire de détection dépend également de la sensibilité de l instrument et elle peut être réduite si le bruit ambiant est important dans la zone. II.3.5. Résultats possibles : densité relative ou absolue? Le nombre de clics émis par l espèce étudiée et, par conséquent, le nombre d évènements détectés par l instrument dépend, in fine, du comportement acoustique de l animal. Si on part du principe que lorsque l animal est présent dans la zone il émet obligatoirement des clics alors la détection d au moins un clic sur une unité de temps défini (jour, heure, minute) atteste de sa présence dans la zone. Par conséquent, le suivi par acoustique passive statique renseigne sur la distribution géographique et saisonnière des animaux acoustiquement actifs présents dans la zone mais il ne permet pas d estimer l abondance absolue des animaux (Verfuss et al 2007). Dans l état actuel des développements méthodologiques du suivi par acoustique passive statique, l estimation de la densité absolue des animaux présents peut se faire uniquement selon 2 méthodes : en identifiant individuellement les signaux enregistrés ou en localisant les animaux avec la différence dans le temps d arrivé des signaux sur un réseau de plusieurs hydrophones. En raison de la spécificité des clics de marsouins (très courts et très nombreux) ces deux méthodes ne sont pas applicables pour estimer la densité absolue des animaux par suivi acoustique. Depuis 2008, un projet de recherche nommé DECAF (Density Estimation for Cetacean from passive Acoustic Fixed sensor, a été mis en Page 21

22 place par le Centre for Research into Ecological and Environmental Modelling de l Université de St Andrews (Ecosse) pour développer une nouvelle méthode statistique afin d estimer la densité absolue à partir de données acoustiques. Un des volets de ce projet concerne l estimation de la densité des marsouins communs avec des données acoustiques collectées par des C-POD, en partant du principe qu il existe un lien entre le nombre de clics détectés et l abondance des marsouins présents. Avec un suivi par acoustique passive statique, les données collectées sont échantillonnées selon la méthode dite du Point Transect Distance Sampling (Touggard et al 2006c). On peut obtenir une fonction de détection (comme dans une méthode de type Line Transect) qui permet de calculer une densité absolue à condition de connaitre différents paramètres incluant le taux de «faux positif», la probabilité de détection et le taux de clics de l animal par unité de temps. A l exception du taux de «faux positif» qui s obtient manuellement sur un souséchantillonnage des données (cf II.3.3), les deux autres paramètres sont relativement compliqué à obtenir pour le marsouin. Plusieurs études sont en cours pour obtenir la probabilité de détection c est-à-dire l aire de détection dans laquelle l instrument peut détecter un clic, preuve qu un animal est présent dans la zone. Pour ce faire, une balise satellite peut être déployée sur un animal pour suivre sa trajectoire et sa position par rapport au C-POD. On peut également effectuer des observations visuelles en même temps qu un suivi acoustique pour déterminer le rayon de détection effectif de l instrument. Des travaux de recherche portant sur cette méthode sont en cours à l Université de Bangor au Pays de Galle (Nuuttila et al 2011 ; ECS) et à l Université Aarhus au Danemark (principe du marquage observation visuelle / recapture observation acoustique ; Kyhn et al 2011, ECS). Peu d études sur le comportement acoustique des marsouins en liberté existent. Dans un fjord au Danemark, des chercheurs ont capturé plusieurs marsouins communs pour les équiper d une balise acoustique (A-Tag) avant de les relâcher. Chaque balise contient un enregistreur de plongée et un hydrophone. Elles ont enregistré une moyenne de 40 plongées par heure et un nombre de clics plus important la nuit que le jour. Cette variation serait liée à l écologie alimentaire de l animal. Ces études ont également montré qu il y avait une très grande variation individuelle dans les émissions de clics ce qui rend difficile à généraliser pour d autres cas (Akamatsu et al 2007). Les signaux reçus aux instruments peuvent également varier pour des raisons diverses (caractère intrinsèque du clic, intensité à la source, directionnalité du signal, perte due à la propagation dans le milieu, réflexion avec le fond ou la surface, bruit interne à l instrument ). Le taux de clics de l animal par unité de temps, terme nécessaire pour définir la densité absolue, n est donc pas un paramètre actuellement connu. De plus pour définir correctement la fonction de détection il est important de choisir le bon indicateur de l évènement. Le clic seul, le train de clics, le pourcentage de clics par unité de temps sont autant de façon de décrire la présence de marsouin. Actuellement il est encore très difficile de savoir si, un jour, une méthode statistique unique valable dans différentes zones permettra d estimer l abondance absolue des marsouins communs avec des données collectées par un observatoire acoustique. Page 22

23 III. Exemples de suivis de marsouins par acoustique passive statique Depuis une dizaine d années de nombreux suivis de marsouins communs par acoustique passive statique ont été mis en place dans le monde, à différentes échelles et pour différents objectifs liés à leur conservation (Golfe du Mexique, projet Vaquita mer Baltique, projet LIFE+SAMBAH à la désignation de zones Natura 2000 (Mer Baltique, German Oceanographic Museum) mais aussi dans le cadre d études d impacts pour des projets de parcs à énergies renouvelables (Nysted, Tougaard et al 2006, Carstensen et al 2006, Haelters 2009, Haelters et al 2010, Skov & Thomsen 2008). Citons également quelques projets à petite échelle et aux objectifs spécifiques pour affiner les connaissances sur la méthode du suivi par acoustique passive (comportement acoustique du marsouin, Carlstrom 2005 ou du grand dauphin, Philpott et al 2007; comparaison entre suivi visuel et suivi acoustique, Bailey et al 2010), pour tester l efficacité des T-POD pour la détection d autres espèces (e.g. Dauphin d Hector ; Rayment et al 2009) ou pour tester l efficacité des répulsifs acoustiques à marsouins (Carlstrom et al 2009). Dans ce chapitre, deux exemples à grande échelle sont exposés. Le cas de l Allemagne, pionner depuis 2002 dans le suivi des marsouins par acoustique passive statique, qui a mis en place un programme avec pour objectif l acquisition de connaissances sur la présence à long terme de l espèce le long des côtes allemandes de la mer Baltique. Le cas du programme Européen en cours de réalisation LIFE+ SAMBAH qui a pour objectif un suivi des marsouins par acoustique passive à l échelle de la mer Baltique avec un conception différente que le programme Allemand pour répondre à des objectifs plus poussés. III.1. Le projet d acquisition de connaissance N2000 en Allemagne Dans la partie allemande de la mer Baltique, le marsouin commun est l unique espèce de cétacé présente (Benke et al 1998). Dans un double contexte d étude de l impact des constructions en mer pour l exploitation des énergies renouvelables et de la désignation d Aires Marines Protégées, le gouvernement allemand a mis en place un programme national d acquisition de connaissances sur le marsouin commun. Un des volets de ce programme consiste en un suivi par acoustique passive statique des marsouins pour améliorer les connaissances sur l utilisation spatiale des eaux allemandes par l espèce. Ce suivi, mené par le German Oceanographic Museum, a été conduit sur plusieurs années afin de mettre en évidence une saisonnalité et une tendance dans l abondance relative des animaux le long des côtes allemandes (Verfuss et al 2007). Un réseau de 42 T-POD déployés sur 375 km de côtes a ainsi été mis en place entre 2002 et 2005 le long des côtes allemandes, à une distance maximum de 50 km de la côte (Figure 8). La position des instruments a été choisie pour couvrir au maximum la partie allemande de la mer Baltique (dans la ZEE) et les Aires Marines Protégés proposées. Les instruments ont été mis à l eau dans des zones de faibles profondeurs allant de 7 à 28m, l instrument étant situé entre 5 et 7m sous la surface. Le mouillage consistait en un corps mort de 30 kg et une ancre connectée à plusieurs bouées de surface. Les instruments ont été Page 23

24 calibrés avant leur mise à l eau (Verfuss et al 2004 a,b) afin de connaitre l énergie minimum reçue à l instrument que devrait avoir un clic pour que la détection soit effective. Figure 8 : Réseau de T-POD (croix) mis à l eau de 2002 à 2005 le long des côtes de l Allemagne (source : Verfuss et al 2007). Pour faciliter les analyses la zone d étude a été divisée en 3 secteurs (I, II et III). A l époque, seuls les T-POD existaient et de nombreuses versions ont été utilisées pour cette étude, ce qui n a pas facilité les analyses. L analyse s est faite manuellement sur les trains de clics détectés et la métrique «pourcentage de jour avec détection» (percentage of Porpoise-Positive Days) a été retenue pour caractériser la présence de marsouin sur chaque site équipé. Chaque année a été divisée en 4 trimestres pour étudier la variation saisonnière et la zone d étude a été divisée en 3 secteurs pour étudier la variation spatiale. Une analyse comparative a ensuite été faite sur les 3 secteurs pour les 4 années consécutives. Les résultats ont montré une variation saisonnière et spatiale de la présence des marsouins communs le long des côtes allemandes. Ce comportement migratoire a été identifié chaque année (figure 9). Figure 9 : Pourcentage de jours avec des détections de marsouins par trimestre pour les 3 sections de l aire d étude sur les 4 années d enregistrements (source : Verfuss et al 2007) Page 24