A l’écoute des forêts pour mesurer la biodiversité

Comment faire un suivi efficace de la biodiversité ? En enregistrant les sons produits par les espèces présentes dans les zones à forte végétation.

En novembre 2018 s’est tenue la conférence des Nations Unies sur la biodiversité qui avait pour thème « investir dans la biodiversité pour la planète et ses peuples ». Chaque année, de nouvelles espèces se rapprochent de l’extinction. Pour préserver une biodiversité toujours plus menacée, encore faut il faut la connaître et donc la mesurer. De plus en plus souvent, les chercheurs utilisent la bioacoustique. Le procédé n’est pas nouveau : « Depuis près de six ans, la bioacoustique s’est renforcée afin d’analyser la biodiversité. Cette science s’appelle l’éco-acoustique. De nombreux travaux sont déjà publiés explique Thierry Aubin, directeur de recherche au CNRS et responsable de l’équipe de communications acoustiques de l’Université Paris-Saclay. Les premières études ont commencé dans les années 1960 sur des insectes et des oiseaux avec les travaux du Français René-Guy Busnel. » Aujourd’hui, l’éco-acoustique utilise les techniques de reconnaissance de sons de l’intelligence artificielle pour une meilleure efficacité.

L’éco-acoustique se révèle précieuse pour étudier la biodiversité des écosystèmes, notamment lorsque l’imagerie par satellite échoue. « Les satellites ne permettent pas de connaître ce qui se passe sous le couvert végétal, de sorte qu’il est impossible de dénombrer les espèces », raconte Thierry Aubin. Si l’on veut analyser ce qui se passe dans les forêts tropicales, les enregistrements acoustiques sont très utiles. « Avec le mur végétal, les animaux ne voient pas très loin. Les signaux visuels sont inefficaces. Presque toutes les espèces de la forêt (insectes, batraciens, oiseaux, mammifères) n’ont pas d’autres moyens que l’acoustique pour se retrouver », expose le chercheur. L’éco-acoustique ne se limite pas aux forêts très denses. L’enregistrement de la biodiversité se fait aussi dans des forêts tempérées et même les océans. « Des hydrophones étaient déployés par l’armée pour détecter les bruits des sous-marins, raconte Thierry Aubin. Ces premiers instruments ont permis les premiers essais dans le domaine. Il y a désormais de nombreux laboratoires qui peuvent utiliser les sons. En 2015 par exemple, notre équipe a commencé un partenariat avec le Commissariat de l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Les enregistrements en Antarctique nous ont permis de dénombrer les cachalots qui passaient dans la région étudiée (soumis à publication). »

Dénombrement et identification

La bioacoustique aide à dénombrer les espèces présentes, mais aussi les individus. « Les animaux sont comme les humains ; chacun à sa propre voix », confirme Thierry Aubin. Avec les enregistrements, les bio-acousticiens peuvent aussi localiser les individus d’une espèce. En plaçant plusieurs microphones dans la forêt, le son d’un animal n’atteindra pas tous les appareils au même moment : il y a un décalage qui dépend de la distance entre la source et le microphone. En mettant à profit ce décalage, on peut trianguler la position de l’émetteur. « En 2011, notre équipe a ainsi pu localiser les oiseaux en Amazonie Brésilienne avec une précision de 1 mètre simplement par leur chant », poursuit-il.

Afin d’analyser les enregistrements recueillis, les chercheurs utilisent des programmes informatiques, mais ils ne sont pas sans faille. Lorsque deux sons se superposent, le programme est incapable de distinguer les espèces. Cette situation ne se produit pas fréquemment. « Dans une forêt, les animaux évitent de chanter en même temps lorsqu’ils communiquent. C’est ce que nous avons baptisé «  l’hypothèse de la niche écologique« , soutient Thierry Aubin. Dans la forêt amazonienne, il y a des cigales qui chantent en continu, mais seulement à certaines heures de la journée. Une espèce voisine chantera plus tôt ou plus tard. Et si elles chantent en même temps, ce ne sera pas à la même fréquence. Cela leur permet de communiquer sans se gêner. » 

Les bio-acousticiens utilisent deux méthodes pour classifier les sons des espèces : l’analyse supervisée ou non supervisée. Dans le premier cas, un spécialiste analyse 30 à 40 % des données recueillies et associe les sons aux différentes espèces. Avec ces connaissances, le programme d’apprentissage peut classifier les données restantes. Cette méthode d’analyse est fiable à environ 95 %, mais assez coûteuse, car elle nécessite qu’on y passe du temps.

Avec l’analyse non supervisée, le programme n’a pas de connaissances particulières. « Après l’enregistrement des sons, on procède à des transformations dans l’espace temps-fréquence, fabriquant des signatures numériques des sons, explique Charles Bouveyron, professeur de statistiques à l’université Côte d’Azur. Puis à partir de ces signatures, l’algorithme place les sons dans des catégories similaires. Enfin, un expert évalue les classements et associe l’espèce à la catégorie correspondante ». C’est moins onéreux mais la fiabilité de reconnaissance chute à 85 %. « Les programmes ne sont pas parfaits. Ils peuvent classifier incorrectement les sons ou les attribuer à la mauvaise espèce. Notre équipe travaille sur ces algorithmes pour les rendre plus fiables », conclut Thierry Aubin. Une plus grande fiabilité des programmes d’analyse permettra un suivi plus rigoureux des espèces en danger.

Audrey-Maude Vézina