Etho-acoustique et intelligence artificielle : application à la protection des cétacés

Etho-acoustic and artificial intelligence: application for cetacean protection

• Auteur / Autrice : Loïc Lehnhoff
• Direction : Bastien Merigot, Hervé Glotin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : EFSA-Sciences de la Mer
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 16/09/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MARBEC - Biodiversité Marine, Exploitation et Conservation
• Jury : Président / Présidente : Catherine Aliaume
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David NéRINI, Isabelle Charrier, David Auber
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : David NéRINI, David Auber

Mots clés

Mots clés libres

Bioacoustique

Cétacés

Traitement du signal

Comportement

Capture accidentelle

Apprentissage profond

Bioacoustics

Cetaceans

Signal processing

Behaviour

Bycatch

Deep learning

Résumé

Les captures accidentelles de mammifères marins par la pêche sont la plus grande source directe de leur mortalité dans le monde. Afin d’éviter ces captures, des balises acoustiques répulsives (i.e. “pingers”) ont été développées ces dernières décennies. Toutefois, leur efficacité à réduire les captures accidentelles est discutée car ces dispositifs provoquent des réponses comportementales très variables sur les animaux ciblés selon les espèces, pêcheries et zones géographiques étudiées. Récemment, dans le cadre du projet DOLPHINFREE, une nouvelle génération de balises acoustiques, bio-inspirées, a été développée. Leur but est d’émettre un signal directement en lien avec le système d’écholocalisation du dauphin commun à bec court Delphinus delphis afin de l’informer de la présence d’un filet de pêche et du danger de mortalité associé. Les captures accidentelles de cette espèce protégée ont en effet atteint des niveaux très préoccupants depuis 2016 dans le golfe de Gascogne. Les travaux de cette thèse s’articulent autour de trois axes en lien avec cette problématique. (i) L’analyse des réponses étho-acoustiques des dauphins à l’émission de la ba,lise DOLPHINFREE. Cet axe a permis de révéler une augmentation de l’activité moyenne d’écholocalisation (multipliée par 2.46) et de la durée moyenne de sifflement (multipliée par 3.38) pour les dauphins étudiés, ainsi que des comportements d’éloignement de la zone d’émission lorsque la balise est active. Ces réponses acoustiques sont amplifiées par la présence d’un filet de pêche (multiplication par 2.78 et 4.76, respectivement). (ii) La spatialisation des communications de ces animaux afin de mieux comprendre leurs réponses acoustiques. Cela a amené à l’estimation d’une directivité des clics d’écholocalisation, et à l’étude de variations dans les caractéristiques des sifflements enregistrés en fonction de l’orientation des dauphins communs. Les résultats de cet axe ont permis (iii) l’analyse détaillée de la communication inter-individuelle de ces animaux par leurs sifflements, grâce à des enregistrements effectués lors des tests de la balise DOLPHINFREE sur bancs libres. Un répertoire a pu être établi en mettant à profit des modèles d’intelligence artificielle afin de faciliter l’annotation des contours de ces vocalisations. Globalement, les travaux de cette thèse permettent de valider que les dauphins communs montrent une réponse adaptée à la balise DOLPHINFREE pour son déploiement sur des navires fileyeurs professionnels dans le cadre de tests complémentaires, ceci en vue d’évaluer son efficacité à réduire les captures accidentelles. D’autre part, cette thèse ouvre des perspectives pour d’autres études étho-acoustiques des dauphins communs, et plus largement pour d’autres cétacés. En effet, les approches méthodologiques développées facilitent le traitement de données bioacoustiques, sont applicables à d’autres espèces, et à d'autres contextes expérimentaux. Ces approches devraient ainsi permettre l’approfondissement des connaissances du comportement des cétacés, et contribuer à leur préservation.

Fishing bycatch of marine mammals is the main direct source of their mortality in the world. Repellent acoustic beacons (i.e. pingers) have been developed during recent decades in order to limit bycatch. However, their effectiveness in reducing accidental captures is debated as animals show highly variable behavioural responses to these devices depending on the species, fisheries and geographical areas studied. Recently, as part of the DOLPHINFREE project, a new generation of acoustic beacons, bio-inspired, has been developed. Its purpose is to emit a signal directly linked to the echolocation system of the short-beaked common dolphin Delphinus delphis, in order to inform the animal of the fishing net’s presence and its related risk of mortality. Bycatch of this protected species has indeed reached concerning levels since 2016 in the bay of Biscay. This thesis is developed around three axes related to this issue. (i) Analysis of the etho-acoustic responses of the dolphins to the DOLPHINFREE beacon. This axis revealed an increase in echolocation activity (multiplied by a factor of 2.46) and in the average whistling time (multiplied by 3.38) of the studied dolphins, as well as an distancing behaviour from the emission zone when the beacon is active. These responses were amplified with the presence of a fishing net (multiplication factors of 2.78 and 4.76, respectively). (ii) The spatialisation of the communications of these animals in order to better assess their acoustic responses. This led to an estimation of the directivity of the echolocation clicks, and to the study of variations in the characteristics of the whistles recorded, depending on the orientation of the dolphins. These results enabled (iii) a detailed analysis of inter-individual communication, using recordings of whistles of free-ranging common dolphins made during the DOLPHINFREE experiments. A repertoire was established using artificial intelligence models in order to facilitate the annotation of the contours of these vocalisations. Overall, the findings of this thesis validate the responses of common dolphins to the DOLPHINFREE beacon under experimental conditions, meaning that it can be deployed on professional gillnet vessels to conduct additional tests in order to assess its effectiveness in reducing bycatches. In addition, this thesis opens up prospects for further etho-acoustic studies on common dolphins and more generally, for other cetaceans. The methods developed facilitate the processing of bioacoustic data and can be applied to other species and experimental contexts. These approaches should improve our comprehension of cetacean behaviour and contribute to their conservation.