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Qu’entendons - nous dans les océans ?

71% de la Terre est recouverte par l’Océan, vaste domaine encore peu étudié tout particulièrement dans les latitudes australes. Une expérience acoustique sous-marine dans l’océan indien austral a permis d’en apprendre un peu plus sur l’activité géologique, climatique et biologique.

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Les ondes sonores font partie intégrante de notre environnement ''aérien'' quotidien, leurs propriétés physiques sont bien connues en contexte naturel (cris d’animaux) ou dans l'utilisation artificielle (ondes issues d'appareil audio). Contrairement à ce qu’on pense communément, l’océan est un environnement très bruyant et les ondes sonores ont une bien meilleure propagation dans l'eau que dans l’air.

L’acoustique sous-marine s’est développée au début du XXe siècle d’abord dans le cadre des recherches militaires (sonars, communications) puis des recherches scientifiques. Dans l’eau et selon leur fréquence, les ondes acoustiques se propagent sur des milliers de kilomètres par un mécanisme de compression–dilatation à une vitesse moyenne de 1500 m/s. Cette propriété est principalement liée à la ''capture'' des ondes par un chenal acoustique caractérisé par une faible vitesse du son et qui se comporte comme un guide d’ondes. C’est dans ce chenal, à l’aide d’une bouée (cf. fig. C), que sont immergés des récepteurs acoustiques : les hydrophones dédiés à l'enregistrement des sons de l’Océan.

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Figure 1 : Matériels utilisés. L’hydrophone (fig. B, en noir) capte les ondes acoustiques sous-marines basse fréquence (< 240 Hz). Une carte électronique, enfermée dans un cylindre, convertit le signal acoustique en signal numérique, gère l’échantillonnage (240 échantillons/s.) et date précisément les enregistrements. L’hydrophone est attaché au cadre d’une bouée (fig. A), le cylindre (avec la carte électronique et les batteries) est enserré au centre de celle ci (fig. C). La bouée, immergée entre 500 et 1300 m selon la latitude est reliée par une ligne de plusieurs kilomètres, à un lest posé sur le fond. Cette bouée maintient l’hydrophone à profondeur constante, dans l’axe du chenal acoustique. L’ensemble du dispositif peut remonter en surface quand la ligne est détachée du lest.

Une expérience acoustique a été réalisée dans l’Océan Indien par des équipes françaises et américaines. 3 hydrophones autonomes ont été mis en œuvre sur 3 sites (cf. fig. 2, ronds blancs), pendant 14 mois (oct. 2006 - janv. 2008) ; ce dispositif a été complété par 3 stations acoustiques sous-marines permanentes (cf. fig. 2, étoiles blanches). Les données, enregistrées en continu par les hydrophones, ont été analysées conjointement afin de repérer et pointer manuellement les temps d’arrivée de bruits relatifs à un même évènement. Ce dépouillement de données, long et répétitif, a pris plus de 6 mois.

Grâce à ces temps d’arrivée et connaissant la position des hydrophones, la source des bruits a pu être localisée précisément par triangulation. L’identification des évènements s’est effectuée manuellement, l'association des évènements repérés sur plusieurs instruments a été testée par essai/erreur jusqu’à obtenir une localisation plausible (toute localisation nécessite au minimum 3 enregistrements). A partir de 4 identifications, on peut calculer une incertitude sur la position (latitude et longitude) et l’heure de l’évènement acoustique. Via cette étude,11105 évènements ont ainsi été identifiés dans l’Océan Indien à l’aide de 6 hydrophones dans la zone centrale du réseau (cf. fig. 2 : polygone en trait plein), 80% des évènements ont une incertitude de moins de 3 km en longitude/latitude et de moins de 2 s sur l’heure.

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Figure 2 : Localisation des évènements acoustiques (points jaunes : rupture d'icebergs, points rouges : sismicité) dans l’Océan Indien ( oct. 2006 - janv. 2008) par un ensemble de stations temporaires (cercles blancs) et de stations fixes (étoiles blanches).

Le but principal de cette étude acoustique était d’appréhender la sismicité de 3 rides médio-océaniques aux taux d’accrétion différents (ride rapide sud-est, ride lente centrale et ride ultra-lente sud-ouest). Les séismes de la ride rapide sont principalement situés sur les failles transformantes alors que pour les deux rides lentes, les séismes sont localisés à la fois sur et entre les failles transformantes, au milieu des segments de dorsale, parfois associés à la présence de sources hydrothermales.

Mais d'autres types d’événements ont pu également être identifiés : des essaims de séismes de faibles magnitudes le long de la fosse de la Sonde, au large de l’Indonésie, localisés à proximité des sites de ruptures de grands séismes (ayant eu lieu en 2004 et 2005 avant l'étude et en 2007, contemporain de celle-ci). De très nombreux évènements ont également eu lieu dans le sud de l’Océan Indien et au large de l’Antarctique (cf. fig. 2 : points jaunes). Leur localisation et leur signature acoustique suggèrent qu'ils sont liés à des craquements, des chocs entre eux ou des dislocations d’icebergs à la dérive. Leur répartition temporelle (cf. fig. 3) indique une forte augmentation de ces bruits pendant l’été austral par rapport à un hiver beaucoup plus calme.

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Figure 3 : Distribution temporelle des évènements cryogéniques se situant à 100 km au nord de la banquise antarctique

Dans un diagramme temps/fréquence annuel (cf. fig. 4), les pics d’énergie acoustique, inférieurs à 20 Hz et imagés par des barres verticales, correspondent à l’activité sismique des rides médio-océaniques et à la rupture des icebergs. En dessous de 5 Hz les bruits de la mer seraient associés aux tempêtes, vagues... entre 5 et 30 Hz aux activités humaines (passages de bateaux, tirs sismiques...) quant aux lignes d’énergie acoustique horizontales, supérieures à 20Hz, elles correspondent aux chants des baleines. La présence saisonnière de 5 espèces de grandes baleines peut être ainsi repérée grâce à la fréquence des sons émis par chacune. Entre avril et novembre 2007, on a notifié la présence de rorquals communs (cf. fig. 4 : ligne A), l’absence d’énergie acoustique à cette fréquence le reste de l’année, indique l’absence de ces animaux. A partir de plusieurs sites, on peut ainsi caractériser leur migration saisonnière, des observations identiques sont effectuées à d’autres périodes et pour différentes espèces de baleines bleues (cf. fig. 4, lignes B, C, D, E, F).

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Figure 4 : Spectrogramme de la station temporaire H11 SWAMS (localisation de la station sur la fig. 2). Les lignes horizontales bleu clair correspondent à la signature sonore (A) du rorqual commun, (B) de la baleine bleue pygmée malgache, (C) de la baleine bleue antarctique, (D) de la baleine bleue pygmée australienne, (E) et (F) de la baleine bleue pygmée sri-lankaise

Cette écoute sonore durant 14 mois dans l’Océan Indien austral, à l’aide d’hydrophones répartis sur 5 sites distants, de 1000 à 2000 km, a permis de caractériser le paysage sonore, constitué de sons diversifiés qui nous renseignent sur l’activité sismique et volcanique des dorsales océaniques, sur la présence et la migration saisonnière de plusieurs espèces de grandes baleines. Le plein essor des études acoustiques laisse prévoir encore de nombreuses découvertes à venir.

 

Médiation scientifique

Assurée par Muriel Laurencin, doctorante à l'École Doctorale des Sciences de la Mer (EDSM - Université de Bretagne occidentale), en 2ème année de thèse au sein du Laboratoire Domaines Océaniques (IUEM - Université de Bretagne occidentale) .

A partir de :

L'article original

J-Y Royer, R. Château, R. P. Dziak et D. R. Bohnenstiehl, 2015: Seafloor seismicity, Antartic ice-sounds, cetacean vocalizations and long-term ambient sound in the Indian Ocean basin, Geophysical journal International 202,748-762. doi: 10.1093/gji/ggv178

Les auteurs

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une collaboration entre chercheurs du Laboratoire Domaines Océaniques (IUEM - Université de Bretagne occidentale) à Brest, du laboratoire Environnement marin du Pacifique (NOAA et Université d’Oregon, Newport) et du département des sciences atmosphériques, terrestres et marines (Université de Caroline du Nord, Raleigh).

La revue

Geophysical Journal International est une revue internationale qui publie des articles sur certains aspects théoriques et appliqués de la géophysique. Ce journal est dédié à la compréhension de la structure interne, des propriétés physiques, des processus et de l’évolution de la Terre.

Contacts

Auteurs : consulter l'annuaire de l'IUEM
Bibliothèque La Pérouse : Suivi éditorial, rédaction, corrections et mise en page : Fanny Barbier

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