Présentation d'une nouvelle façon de suivre les animaux dans le bleu profond

Le développement d’étiquettes électroniques miniaturisées pouvant être attachées aux animaux a été l’un des développements les plus spectaculaires du 21e siècle dans les domaines de la biologie, des sciences de l’environnement et de la conservation de la faune.

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Science Advances, mes collègues et moi avons découvert de nouvelles opportunités pour suivre les animaux sous l'eau, en utilisant des techniques statistiques avancées également adoptées dans des contextes militaires et aérospatiaux.

Les animaux sont suivis partout dans le monde : dans les déserts, les prairies, les forêts, les rivières, les lacs et les océans, de l'Arctique à l'Antarctique. Les balises satellitaires, qui transmettent la localisation des animaux marqués, ont joué un rôle particulièrement important, offrant un « œil sur la vie et la planète » sans précédent.

Mais reconstituer les déplacements d’animaux qui vivent exclusivement sous l’eau sans jamais faire surface reste un défi de taille.

Sous les vagues, les trackers par satellite ne fonctionnent pas car les transmissions ne peuvent pas passer efficacement à travers l'eau. Les scientifiques doivent donc s’appuyer sur des observations indirectes pour étudier les mouvements des animaux, comme les détections sur hydrophones ou les mesures de profondeur effectuées par des animaux.

En Écosse, nous avons passé plus d’une décennie à étudier les mouvements du patin à clapet, une espèce en danger critique d’extinction (Dipturus intermédiaire). Les raies, et leurs proches cousins ​​les requins, constituent un groupe d'animaux anciens et diversifiés. Le patin à clapet est le plus grand patin du monde.

Mesurant plus de deux mètres de long et pesant 100 kg, on peut trouver des raies à clapet errant dans l'obscurité sur les fonds marins de l'Atlantique du Nord-Est. On pense qu’ils pourraient vivre plus de 40 ans.

Pendant des générations, la raie à clapet a été étiquetée à tort comme une raie commune. Ce n’est qu’en 2010 qu’il a été démontré, génétiquement, que la raie commune comprend deux espèces : la raie à clapet et la raie bleue commune. On pense que les deux espèces sont en danger critique d’extinction en raison de la surpêche historique.

En 2016, la zone marine protégée du Loch Sunart au Sound of Jura en Écosse a été créée avec des restrictions de pêche pour conserver la raie à clapet. C'est un endroit inspirant. Les montagnes de la côte ouest de l'Écosse s'élèvent de façon spectaculaire sur la mer, parsemée d'îles et de criques. Mais le paysage sous-marin est tout aussi accidenté, où les raies à clapet errent dans les profondeurs.

À l'écoute des animaux sous l'eau

Depuis 2016, nous suivons le skate à clapet en Écosse à l'aide d'une technologie appelée télémétrie acoustique passive. Il est utilisé dans les environnements aquatiques du monde entier pour suivre les poissons et autres animaux sous l’eau. Les animaux sont marqués avec des émetteurs acoustiques et des réseaux de stations d'écoute (hydrophones) sont déployés pour détecter ces signaux lorsque les animaux marqués nagent à portée.

Pour les patins à clapet, nous déployons également des capteurs de pression qui enregistrent leurs profondeurs. Le défi a été d’intégrer ces différents types d’informations pour reconstruire les mouvements individuels, profondément sous la surface.

Dans notre étude, nous avons fait un pas en avant pour résoudre ce problème grâce à une approche statistique puissante. C'est assez intuitif. Nous traitons les animaux comme des « particules » capables de nager et de se reproduire ou de diminuer. Les particules qui se déplacent d'une manière qui correspond aux données que nous avons collectées sont des reproducteurs plus prolifiques et finissent par dominer la population (numérique). Des techniques similaires peuvent être utilisées dans le suivi militaire, car l’étape de mise à jour des données, qui détermine la fréquence des particules, peut avoir lieu en temps réel.

C'est comme construire un château de sable. Nous avons un tas de particules et la collection de toutes ces particules forme une carte 3D des emplacements possibles d'un animal.

C’est une grande avancée pour la conservation. En intégrant des informations provenant de plusieurs technologies dans l’algorithme, nous pouvons créer des images plus détaillées des mouvements des animaux dans l’océan. Nous pouvons cartographier leurs modèles d’utilisation de l’espace, déterminer combien de temps ils passent dans des habitats particuliers et utiliser ces informations pour éclairer les actions de conservation.

Nous avons constaté que les raies à clapet passent beaucoup de temps dans la zone protégée. Les restrictions de pêche dans cette zone devraient donc soutenir le rétablissement local. Nous avons également identifié des points chauds spécifiques au-delà des zones protégées, où une gestion supplémentaire pourrait être bénéfique. Ce travail nous fait franchir une nouvelle étape vers une conservation ciblée et basée sur les données.

Nous affinons désormais nos méthodes et nos implémentations logicielles pour réduire le temps de calcul. Nous développons également nos analyses pour reconstruire des traces détaillées d'animaux, identifier des pépinières d'œufs et créer des expériences immersives de réalité virtuelle sur la vie des animaux sous l'eau. Il y a encore beaucoup à apprendre sur les animaux des profondeurs.

Edward Lavender, chercheur postdoctoral, sciences aquatiques, Institut fédéral suisse des sciences et technologies aquatiques; Université Napier d'Édimbourg