Étude de sonar bio-inspiré basée sur la modélisation d'une chaîne complète d'émission-propagation-réception - Validation sur le cachalot

Study of a biosonar based on the modeling of a complete chain of emission-propagation-reception with validation on sperm whales

• Auteur / Autrice : Maxence Ferrari
• Direction : Mark Asch, Hervé Glotin, Ricard Marxer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques-Informatique
• Date : Soutenance le 30/09/2020
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire amiénois de mathématique fondamentale et appliquée
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mark Asch, Hervé Glotin, Ricard Marxer, Ronan Fablet, Marie A. Roch, Gianni Pavan, Yannis Stylianou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ronan Fablet, Marie A. Roch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cachalots

Écholocation (physiologie)

Ondes sonores -- Diffusion

Bioacoustique

Sonar

Mots clés libres

Cachalot

Simulation

Sperm whale

Sonar

Simulation

Résumé

Le cachalot, Physeter macrocephalus, possède le plus grand biosonar de la nature. Composé de plusieurs poches d'huile, le sonar du cachalot est conçu pour fonctionner de la surface de la mer jusqu'à une profondeur de 2 kilomètres, émettant des clics pouvant aller jusqu'à 236 dB, et est polyvalent, car il produit des clics pour l'écholocation ou la socialisation. Cependant, la cire liquide qui compose le sonar a fait des cachalots la cible de la chasse jusqu'en 1986, lorsque la population restante était beaucoup trop petite pour rester commercialement viable, en particulier avec l'arrivée de produits similaires développés par l'industrie pétrochimique. La population de cachalots est toujours confrontée à certaines menaces humaines, comme l'ingestion de plastique et la collision avec des bateaux continuant de faire des ravages sur la population de cachalots. L'étude des cachalots donne ainsi des résultats dans de multiples domaines, en conservation, en éthologie, ainsi qu'en bioacoustique. Comprendre le mécanisme qui régit le sonar du cachalot aidera à étudier ces autres domaines, car il s'agit d'un élément clé de la vie du cachalot. Dans ce but, cette thèse a analysé trois bases de données aux caractéristiques distinctes, obtenant la trajectoire des plongées de cachalots. Les clics enregistrés ont été également reliés au cachalot qui les avait émis, et ce sur plusieurs années d'enregistrement fait sur la même population. Une simulation de propagation des ondes à travers la tête du cachalot a également été développée pour mieux comprendre le mécanisme complexe de ce sonar. Enfin, une méthode de couplage a été développée pour améliorer les paramètres de la simulation en utilisant les clics enregistrés des bases de données précédemment citées

The sperm whale, Physeter macrocephalus, posses the largest biosonar in nature. Made of multiple oil sac, the sperm whale sonar is tailored to function from the sea surface down to a depth of 2 kilometers, emitting click as loud as 236 dB, and is multipurpose, as it produces clicks for either echolocation or socializing. However, the liquid wax that composes is sonar, made the sperm whales the target of whaling until 1986, when the remaining population was far too small to remain commercially viable, especially with the arrival of similar products from the petrochemical industry. The sperm whale population still faces some human threats, with the ingestion of plastic and collision with boats continuing to take a toll on the sperm whale population. Studying sperm whales thus aport outcomes in multiple fields, in conservation, ethology, as well as in bioacoustics. Understanding the mechanism that rules the sperm whale sonar will help to study those other fields, as it is a key element in the sperm whale life. Aiming for that goal, this thesis analyzed three databases with distinct characteristics, obtaining the trajectory of sperm whale dives. Clicks were also linked with the sperm whale that emitted them over multiple years of recording for the same population. A simulation of propagation wave through the sperm whale head was also developed to better understand the complex mechanism of this sonar. Finally, a coupling method was developed to improve the parameters of the simulation using the recorded clicks from the aforementioned databases