J'ai écouté les herbiers marins pour comprendre comment leurs paysages sonores sous-marins reflètent la biodiversité

La côte ouest sauvage de l'Écosse est magnifique sous le soleil. La mer turquoise est calme mais même en juillet, il fait 12°C. Armée de mon kit d'enregistrement, de mon équipement de plongée et de ma combinaison épaisse, j'ai écouté les créatures marines vivant dans trois prairies sous-marines écossaises différentes.

Pour mon doctorat en écologie marine, j'étudie la biodiversité des herbiers marins écossais qui, en ce moment même en plein été, sont en pleine floraison. Contrairement aux algues, cette plante marine possède des fleurs, des graines, du pollen et des racines souterraines.

Les herbiers marins regorgent d'activité. Les escargots de mer grattent les rochers tout en mangeant des algues, les jeunes poissons se nourrissent de minuscules zooplanctons, les crabes se battent pour défendre leur territoire, tandis que les oiseaux, les phoques et les loutres chassent pour se nourrir.

Il y a une cacophonie de sons provenant de toute cette agitation et je fais des recherches sur la façon dont les paysages sonores des herbiers marins – c'est-à-dire les collections de sons qui peuvent être entendus dans un environnement – diffèrent en fonction de la faune qui y vit. Entendre une plus grande variété de sons pourrait signifier qu'il y a plus d'animaux dans les herbiers marins et potentiellement indiquer une prairie sous-marine plus saine et plus riche en biodiversité.

Les herbiers marins ont considérablement diminué en raison du ruissellement de sédiments et de nutriments provenant de l'agriculture, du développement côtier, des pratiques de pêche destructrices et des maladies. Le Royaume-Uni a perdu plus de 40 % de sa couverture d'herbiers marins, probablement jusqu'à 90 % par rapport aux niveaux préindustriels. À l'échelle mondiale, 29 % des herbiers marins ont disparu depuis le XVIIIe siècle, et le rythme de déclin s'est accéléré, avec environ 7 % perdus chaque année depuis les années 1990.

L'ophiure n'est qu'une des espèces qui peuplent les herbiers marins. Isabel Key, CC BY-ND

Les herbiers marins constituent un lieu de reproduction important pour les poissons, ils améliorent la qualité de l’eau et servent de réservoir de carbone. Leur déclin affecte donc les créatures marines vivant dans cet habitat, les animaux situés en amont de la chaîne alimentaire et la santé des océans de manière plus générale.

L'enregistrement des paysages sonores dans les herbiers est utile car il permet aux chercheurs comme moi de détecter des créatures que nous ne pouvons pas nécessairement voir, soit parce qu'elles sont camouflées ou cachées, soit parce qu'elles sont nocturnes. Il provoque également une perturbation minimale par rapport à d'autres méthodes de surveillance, et il pourrait devenir bon marché et efficace. À l'avenir, il sera peut-être possible de simplement poser un enregistreur, de le récupérer, d'exécuter des algorithmes et d'obtenir des informations sur les animaux présents.

Dans chaque prairie que je visite, j'installe des microphones sous-marins de la taille d'une paume sur des supports et je les laisse sur le fond marin pendant une semaine. Chaque jour, je plonge avec tuba pour placer une caméra vidéo à côté du microphone afin de pouvoir faire correspondre le son avec la vidéo. Cela m'aide à déterminer quel son est émis par quel animal.

Prairie d'herbiers verts, kit de caméra sous-marine sur le fond marin — Key a installé son microphone sous-marin à côté d'une caméra munie d'un appât afin de pouvoir comparer les enregistrements audio avec les clips vidéo et de faire correspondre les sons avec les créatures présentes dans cet habitat. Isabel Key, CC BY-ND

De retour au bureau, j’ai analysé mes enregistrements audio à l’aide d’« indices acoustiques », qui mesurent la complexité du paysage sonore. Cela comprend les sons d’animaux, mais aussi les vagues, le bruit des bateaux et le claquement des chaînes d’amarrage.

Ensuite, j'évalue la richesse phonique en écoutant des clips d'une minute. En observant le spectrogramme (une représentation visuelle de ces sons), je peux compter le nombre de types de sons d'animaux différents présents. Cela prend du temps mais donne un excellent aperçu.

Jusqu'à présent, j'ai identifié 14 types de sons différents qui, selon moi, appartiennent aux poissons et aux crabes vivant dans les herbiers marins, ainsi qu'aux sifflements et aux clics des dauphins que j'entends de plus loin lorsqu'ils passent. Je peux observer les fréquences exactes (ou la hauteur) que les sons produisent et les motifs qu'ils créent, puis attribuer plus précisément ce son à une activité animale ou humaine.

Graphique violet avec des lignes orange pour indiquer les ondes sonores — Ce spectrogramme annoté est une représentation visuelle d'un clip audio qui comprend des sons de dauphins, de poissons et de crabes. Isabel Key, CC BY-ND

J'ai trouvé des preuves d'un paysage sonore caractéristique des herbiers marins, certains sons étant plus fréquents dans les herbiers marins que dans les habitats sablonneux. Les poissons émettent des grognements, des rots ou des ronronnements graves. Les crabes émettent des sons métalliques plus aigus, de type grattage.

J'entends souvent un bruit sec qui devient plus prononcé au cours de la journée. Au fur et à mesure que l'herbe marine effectue la photosynthèse, en particulier au milieu de la journée lorsque le soleil est chaud et brillant, la plante produit des bulles d'oxygène qui s'accumulent à la surface des brins d'herbe marine et éclatent lorsqu'elles pénètrent dans l'eau.

Plan sous-marin de brins d'herbes marines, de minuscules bulles de gaz rondes et transparentes, de petits tentacules jaunes d'anémone. — Les bulles de photosynthèse sont visibles à la surface de cette lame d'herbe marine (ainsi qu'une anémone de serpent). Isabel Key, CC BY-ND

Il est difficile de déterminer quel animal émet quel son, d'autant plus que nos océans sont des endroits très bruyants. La pollution acoustique peut être un problème sérieux pour les animaux marins qui dépendent du son pour leur survie, que ce soit pour trouver un partenaire, naviguer, communiquer entre eux ou chasser pour se nourrir.

Il est intéressant de noter que les herbiers marins pourraient servir de tampon contre certaines pollutions sonores sous-marines. En tant que structure 3D, les herbiers marins agissent comme une barrière physique contre l'énergie des vagues. C'est l'une des raisons pour lesquelles ils jouent un rôle crucial dans la protection des zones côtières contre l'érosion. Ils peuvent également absorber les ondes sonores et même protéger les poissons des dauphins qui utilisent l'écholocation pour se diriger vers leurs proies. Les clics des dauphins ne pénètrent pas très bien les herbiers marins, les poissons peuvent donc être plus en sécurité dans cet abri sonore qu'en pleine mer.

brins d'herbes vertes sur le fond marin, petits poissons orange nageant à travers, eau bleue — Les jeunes gobies à deux points et les gobies à deux points sont des poissons que l'on trouve couramment parmi les herbiers marins. Isabel Key, CC BY-ND

Dans deux prairies, j'ai entendu plus de sons de poissons et de crabes dans les herbiers marins que dans les sites sablonneux auxquels je les comparais, comme prévu. Mais à un endroit, j'ai entendu plus de sons sur le sable que dans les herbiers marins, bien qu'il y ait moins d'animaux sauvages à cet endroit. Les niveaux de biodiversité ne sont donc pas nécessairement reflétés directement par le paysage sonore.

Cela peut être dû en partie aux différences de propagation du son dans les différents habitats. Le son se transmet plus facilement sur le sable que dans les herbiers marins. Ce phénomène peut conduire à des résultats trompeurs, où il est plus difficile d'entendre les poissons dans les herbiers plus denses, car les herbiers eux-mêmes absorbent le son, même s'ils abritent plus de poissons.

Les chercheurs doivent être prudents dans l’interprétation des données sur le paysage sonore et tenir compte de la manière dont la structure de l’habitat affecte la façon dont les sons sont entendus. La surveillance acoustique pourrait donc être plus utile pour étudier les changements de la vie animale au fil du temps sur un site plutôt que pour comparer différentes zones.

Surveillance des prairies

L'espoir est que ce type de travail puisse être utilisé pour former des algorithmes d'apprentissage automatique et, à terme, créer un outil facile à utiliser pour surveiller la biodiversité dans les herbiers marins et autres habitats marins. Cela nécessite une bibliothèque complète de sons. Cela existe déjà pour les dauphins et d'autres mammifères marins, mais ce n'est pas encore bien établi pour les sons des poissons, des crabes et d'autres invertébrés comme les crevettes.

La capture de tous les différents sons émis par chaque espèce commence généralement par des enregistrements effectués dans un aquarium. Ensuite, la détection automatisée peut tenter de faire correspondre ces sons avec ceux que des chercheurs comme moi enregistrent sur le terrain. Cela devrait permettre aux scientifiques d'identifier les premiers indicateurs du déclin des herbiers ou de mesurer le succès des projets de restauration des herbiers.

Femme en combinaison noire et masque de plongée, debout dans l'eau peu profonde avec un flotteur de remorquage orange, les bras grands ouverts tenant des trouvailles, rivage rocheux derrière — Isabel Key a passé du temps à faire de la plongée avec tuba pour surveiller les prairies sous-marines sur l'île de Skye, entre autres endroits sur la côte ouest de l'Écosse. Isabel Key, CC BY-ND

Peut-être qu'un jour, les scientifiques marins du monde entier installeront des enregistreurs sonores capables de transmettre des clips audio des mers côtières à une base de données centrale en ligne où les paysages sonores pourraient être automatiquement analysés pour évaluer la santé des océans. Cela pourrait nous fournir des données en temps quasi réel sur les populations animales et leurs mouvements, contribuant ainsi à éclairer les mesures de protection marine et les pratiques de pêche durables. C'est une perspective passionnante.

Isabel Key, doctorante en écologie marine, Université d'Édimbourg