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A Holistic Opto-Acoustic System for Monitoring Marine Biodiversities

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Un dispositif sous-marin innovant pour surveiller les stocks de poissons

La mesure précise des stocks de poissons s’est avérée une opération très complexe pour l’équipe du projet SYMBIOSIS, poussant ses capacités de plongée et d’ingénierie sous-marine à leurs limites. Heureusement, la solution high-tech mise au point par le projet a donné des résultats prometteurs.

Alimentation et Ressources naturelles

Ces dernières années, les stocks mondiaux de poissons ont subi une série de pressions, notamment la surexploitation par l’industrie de la pêche, la perte d’habitat et la pollution. Dans certains écosystèmes marins, des espèces importantes sont maintenant épuisées et ne jouent plus leur rôle écologique. Malheureusement, les autorités manquent de données précises sur la biomasse des stocks actuels et d’outils technologiques pour les surveiller, ce qui complique l’élaboration de réponses appropriées. Le projet SYMBIOSIS, soutenu par l’UE, a développé un système de surveillance à long terme de la biodiversité des poissons, avec un prototype déployé dans trois environnements de pleine mer et côtiers. Le projet a détecté et évalué la biomasse de plus de 10 000 poissons, dont 2 000 des six espèces choisies comme indicateurs de la biodiversité. «SYMBIOSIS fournit des informations à jour sur les stocks de poissons clés permettant aux autorités de prendre, en se fondant sur des données probantes, des décisions éclairées et de légiférer, par exemple en imposant des interdictions de pêche», observe le coordinateur du projet, Roee Diamant de l’Université de Haïfa qui en est l’hôte. «Notre innovation pourrait également servir d’outil de recherche écologique, pour étudier le comportement des poissons par exemple.» Les résultats du projet ont déjà été publiés dans un certain nombre de revues.

L’approche de traçage-avant-détection

Le système SYMBIOSIS détecte, classe et estime la biomasse de six espèces de poissons clés: le germon, la dorade, l’espadon, le maquereau de l’Atlantique, le chinchard de Méditerranée et la sériole. Celles-ci ont été choisies en fonction de critères sociaux et écologiques comme leur importance commerciale et leur disponibilité dans les zones d’étude. D’autres considérations comprenaient la prise en charge d’une variété de tailles et de types de corps, de vitesses de nage et de comportements grégaires. La solution optique-acoustique SYMBIOSIS fonctionne de manière autonome, embarquant jusqu’à trois mois d’énergie grâce à une conception basée sur une chaîne d’étapes progressives. Périodiquement, le système transmet un signal acoustique sous-marin court et à bande étroite. Le traitement du signal et un réseau neuronal captent toutes les réverbérations, indiquant d’éventuelles cibles mobiles. Si une cible est détectée, 20 signaux large bande sont alors émis et leurs réverbérations analysées par une combinaison de techniques de programmation dynamique et d’apprentissage automatique. Dans un rayon de détection allant jusqu’à 500 m, ces outils vérifient que la cible en mouvement est un poisson, calculent sa taille et estiment son emplacement et sa trajectoire. Si les cibles se déplacent vers la bouée SYMBIOSIS, plusieurs caméras et stroboscopes sont déclenchés pour collecter des images pour la détection du réseau neuronal et sa classification. Les informations sur le nombre, la taille et les espèces de poissons sont compressées et envoyées à terre via une combinaison de liaisons acoustiques et radio. Chaque composant du système a été testé séparément dans plus de 50 expériences en mer. Un prototype a subi 10 expériences en mer avant d’être déployé sur trois sites de test: Un mois sous une bouée de surface dans les eaux côtières de 125 m de profondeur en mer Méditerranée; deux jours sur un site de pleine mer de 1 400 m de profondeur en Méditerranée et deux semaines en eau peu profonde dans un récif de la mer Rouge. Alors que SYMBIOSIS a atteint la plupart de ses objectifs, il n’a pas pu classer les poissons en fonction de leur signature acoustique. Pour y parvenir, l’équipe est en train de créer une base de données plus large de signaux acoustiques provenant de différents poissons, ainsi que de nouveaux algorithmes pour accueillir une plus grande diversité. «Néanmoins, ces expériences ont démontré le potentiel du système en matière de précision de détection et sa capacité à fonctionner de manière autonome pendant de longues périodes», explique Roee Diamant.

Une conception modulaire

Pour garantir sa flexibilité et son adaptabilité, la conception du système SYMBIOSIS est modulaire. Des composants hydroacoustiques développés par Evologics, comme un système de positionnement acoustique à ligne de base ultracourte, sont actuellement produits dans le commerce. Des démonstrations et des ventes sont déjà en cours et les composants optiques sont au stade de développement. Le système sera plus petit pour être plus facilement commercialisable. D’autres améliorations comprendront une meilleure efficacité énergétique et des réseaux neuronaux plus puissants.

Mots‑clés

SYMBIOSIS, poisson, acoustique, apprentissage automatique, Méditerranée, stocks, pêche, habitat, pollution, caméra, signal

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