Acoustique des pêches - Fisheries acoustics
L'acoustique des pêches comprend une gamme de sujets de recherche et d'applications pratiques utilisant des dispositifs acoustiques comme capteurs dans les environnements aquatiques . Les techniques acoustiques peuvent être appliquées pour détecter les caractéristiques des animaux aquatiques , du zooplancton et de l' habitat physique et biologique .
Théorie de base
L' estimation de la biomasse est une méthode de détection et de quantification des poissons et autres organismes marins à l'aide de la technologie sonar . Un transducteur acoustique émet une brève impulsion sonore focalisée dans l'eau. Si le son rencontre des objets dont la densité est différente de celle du milieu environnant, comme des poissons, ils réfléchissent du son vers la source. Ces échos fournissent des informations sur la taille, l'emplacement et l' abondance des poissons . Les composants de base de la fonction matérielle du sondeur d'écho scientifique sont de transmettre le son, de recevoir, de filtrer et d'amplifier, d'enregistrer et d'analyser les échos. Bien qu'il existe de nombreux fabricants de « sondeurs de poissons» disponibles dans le commerce, l'analyse quantitative exige que les mesures soient effectuées avec un équipement d'écho-sondeur calibré , ayant des rapports signal / bruit élevés .
L'histoire
Après la Première Guerre mondiale, lorsque le sonar a été utilisé pour la première fois pour la détection des sous-marins, les échosondeurs ont commencé à trouver des utilisations en dehors de l'armée. L'explorateur français Rallier du Baty rapporta des échos inattendus, qu'il attribua à des bancs de poissons, en 1927. En 1929, le scientifique japonais Kimura rapporta des perturbations dans un faisceau acoustique continu par la dorade nageant dans un étang d'aquaculture.
Au début des années 1930, deux pêcheurs commerciaux, Ronald Balls, un Anglais, et Reinert Bokn, un Norvégien, ont commencé à expérimenter indépendamment les échosondeurs comme moyen de localiser les poissons. Les traces acoustiques des bancs de sprats enregistrées par Bokn dans le Frafjord, en Norvège, ont été le premier échogramme de poissons à être publié. En 1935, le scientifique norvégien Oscar Sund a rapporté des observations de bancs de morue depuis le navire de recherche Johan Hjort, marquant la première utilisation de l'échosondage pour la recherche halieutique.
Les technologies de sonar se sont développées rapidement pendant la Seconde Guerre mondiale, et le matériel militaire excédentaire a été adopté par les pêcheurs commerciaux et les scientifiques peu après la fin des hostilités. Cette période a vu le premier développement d'instruments conçus spécifiquement pour détecter les poissons. De grandes incertitudes persistaient cependant dans l'interprétation des campagnes acoustiques: l'étalonnage des instruments était irrégulier et imprécis, et les propriétés de diffusion du son des poissons et autres organismes étaient mal comprises. À partir des années 70 et 80, une série d'enquêtes pratiques et théoriques a commencé à surmonter ces limites. Des avancées technologiques telles que les échosondeurs à faisceau divisé, le traitement numérique du signal et les affichages électroniques sont également apparues à cette période.
À l'heure actuelle, les campagnes acoustiques sont utilisées dans l'évaluation et la gestion de nombreuses pêcheries dans le monde. Les échosondeurs étalonnés à faisceau divisé sont l'équipement standard. Plusieurs fréquences acoustiques sont souvent utilisées simultanément, permettant une certaine discrimination des différents types d'animaux. Le développement technologique se poursuit, y compris la recherche sur les sonars multifaisceaux, large bande et paramétriques.
Techniques
Comptage des poissons
Lorsque les cibles individuelles sont suffisamment espacées pour pouvoir être distinguées les unes des autres, il est simple d'estimer le nombre de poissons en comptant le nombre de cibles. Ce type d'analyse est appelé comptage d'écho et a été historiquement le premier à être utilisé pour l'estimation de la biomasse.
Intégration Echo
Si plusieurs cibles sont situées dans le faisceau acoustique à la même profondeur, il n'est généralement pas possible de les résoudre séparément. C'est souvent le cas des bancs de poissons ou des agrégations de zooplancton. Dans ces cas, l'intégration d'écho est utilisée pour estimer la biomasse. L'intégration d'écho suppose que l'énergie acoustique totale diffusée par un groupe de cibles est la somme de l'énergie diffusée par chaque cible individuelle. Cette hypothèse tient bien dans la plupart des cas. L'énergie acoustique totale rétrodiffusée par l'école ou l'agrégation est intégrée ensemble, et ce total est divisé par le coefficient de rétrodiffusion (préalablement déterminé) d'un seul animal, donnant une estimation du nombre total.
Instruments
Échosondeurs
Le principal outil de l'acoustique des pêches est l'échosondeur scientifique. Cet instrument fonctionne sur les mêmes principes en tant que récréative ou commerciale Fishfinder ou échosondeur , mais est conçu pour une plus grande précision et de précision, ce qui permet des estimations quantitatives de la biomasse à effectuer. Dans un échosondeur, un émetteur-récepteur génère une courte impulsion qui est envoyée dans l'eau par le transducteur, un réseau d' éléments piézoélectriques agencés pour produire un faisceau sonore focalisé. Afin d'être utilisé pour un travail quantitatif, le sondeur doit être étalonné dans la même configuration et l'environnement dans lequel il sera utilisé; cela se fait généralement en examinant les échos d'une sphère métallique ayant des propriétés acoustiques connues.
Les premiers échosondeurs ne transmettaient qu'un seul faisceau sonore. En raison de la configuration du faisceau acoustique , des cibles identiques à des angles d'azimut différents renverront des niveaux d'écho différents. Si le motif du faisceau et l'angle par rapport à la cible sont connus, cette directivité peut être compensée. La nécessité de déterminer l'angle par rapport à une cible a conduit au développement de l' échosondeur à double faisceau , qui forme deux faisceaux acoustiques, l'un à l'intérieur de l'autre. En comparant la différence de phase du même écho dans les faisceaux intérieur et extérieur, l'angle hors axe peut être estimé. Dans un raffinement supplémentaire de ce concept, un échosondeur à faisceau divisé divise la face du transducteur en quatre quadrants, permettant la localisation des cibles en trois dimensions. Les échosondeurs monofréquence à faisceau divisé sont désormais l'instrument standard de l'acoustique des pêcheries.
Sondeurs multifaisceaux
Les sonars multifaisceaux projettent un ensemble de faisceaux sonores en forme d'éventail vers l'extérieur dans l'eau et enregistrent les échos dans chaque faisceau. Ceux-ci ont été largement utilisés dans les levés bathymétriques, mais ont récemment commencé à être utilisés également dans l'acoustique des pêcheries. Leur avantage majeur est l'ajout d'une seconde dimension au profil étroit de colonne d'eau donné par un échosondeur. Plusieurs pings peuvent ainsi être combinés pour donner une image tridimensionnelle des distributions animales.
Caméras acoustiques
Les caméras acoustiques sont des instruments qui imaginent instantanément un volume d'eau en trois dimensions. Ceux-ci utilisent généralement un son à plus haute fréquence que les échosondeurs traditionnels. Cela augmente leur résolution afin que les objets individuels puissent être vus en détail, mais signifie que leur portée est limitée à des dizaines de mètres. Ils peuvent être très utiles pour étudier le comportement des poissons dans des plans d'eau fermés et / ou troubles, par exemple pour surveiller le passage des poissons anadromes aux barrages.
Plateformes pour l'acoustique des pêches
La recherche acoustique sur les pêches est menée à partir de diverses plates-formes. Le plus courant est un navire de recherche traditionnel, avec les échosondeurs montés sur la coque du navire ou dans une quille relevable. Si le navire n'a pas d'échosondeurs installés en permanence, ils peuvent être déployés sur un support de poteau fixé sur le côté du navire, ou sur un corps remorqué ou un «poisson-remorqueur» tiré derrière ou le long du navire. Les corps remorqués sont particulièrement utiles pour les études sur les poissons vivant en profondeur, comme l' hoplostète orange , qui vivent généralement sous la portée d'un échosondeur à la surface.
En plus des navires de recherche, des données acoustiques peuvent être collectées auprès de divers «navires d'opportunité» tels que les navires de pêche, les ferries et les cargos. Les navires d'opportunité peuvent offrir une collecte de données à faible coût sur de vastes zones, bien que l'absence d'un véritable plan d'enquête puisse rendre l'analyse de ces données difficile. Ces dernières années, des instruments acoustiques ont également été déployés sur des véhicules télécommandés et des véhicules sous-marins autonomes, ainsi que dans des observatoires océaniques.
Observations et modélisation de la force de la cible
La force de la cible (TS) est une mesure de la qualité du son d'un poisson, d'un zooplancton ou d'une autre cible en direction du transducteur. En général, les animaux plus gros ont des forces cibles plus importantes, bien que d'autres facteurs, tels que la présence ou l'absence d'une vessie natatoire remplie de gaz chez les poissons, peuvent avoir un effet beaucoup plus important. La force de la cible est d'une importance critique dans l'acoustique des pêcheries, car elle établit un lien entre la rétrodiffusion acoustique et la biomasse animale. Le TS peut être dérivé théoriquement pour des cibles simples telles que des sphères et des cylindres, mais en pratique, il est généralement mesuré empiriquement ou calculé avec des modèles numériques.
Applications
Enquêtes, évaluation des stocks, gestion Comportement écologique
Voir également
Références
Lectures complémentaires
- Fish MP et Mowbray WH (1970) Sons des poissons de l'ouest de l'Atlantique Nord; un fichier de référence des sons biologiques sous-marins Johns Hopkins Press.
Liens externes
- Recensement de la vie marine - Technologie acoustique
- Université de recherche sur l'acoustique des pêches de Washington.
- Acoustics Unpacked: Un guide général pour dériver des estimations d'abondance à partir de données hydroacoustiques