Campagne BioSWOT-Med : Interview de Sven Gastauer

Le Zooglider

Dans le cadre de la campagne BioSWOT-Med, Sven Gastauer est responsable de Zooglider, un planeur spécialisé dans l'étude du mésozooplancton. Il décrit son fonctionnement, les différents instruments qui y sont montés et le large éventail de données qui peuvent être recueillies.

Zooglider avec Jeff Sherman, Mark Ohman, Sven Gastauer (de gauche à droite) à la Scripps Institution of Oceanography.

LES INSTRUMENTS DES OCÉANOGRAPHES - Sven Gastauer est chercheur principal en acoustique à l'Institut des pêches maritimes de Thünen, en Allemagne, et chercheur invité à la Scripps Institution of Oceanography (Université de Californie à San Diego), aux États-Unis. Dans le cadre de la campagne BioSWOT-Med, il est responsable de Zooglider, un planeur spécialisé dans l'étude du mésozooplancton.

Quels sont vos intérêts de recherche en dehors de BioSWOT-Med ?

Mes recherches portent principalement sur l'hydroacoustique, en tant qu'outil permettant de mieux comprendre les processus écologiques et biologiques. Cela nécessite souvent le couplage de l'hydroacoustique avec des sources de données auxiliaires, telles que les échantillons biologiques, l'optique et les mesures physiques. Cela m'oblige à approfondir constamment ma compréhension des signaux acoustiques, ce qui m'a amené à m'intéresser de près aux modèles de diffusion acoustique.

Qu'est-ce que le zooplancton glider ?

Le Zooglider est un planeur spécialisé qui vise à améliorer notre compréhension du mésozooplancton. De nombreuses espèces de zooplancton sont des animaux fragiles ou gélatineux, difficiles à échantillonner ou à observer avec les méthodes traditionnelles, telles que les filets. Zooglider est conçu pour être aussi furtif que possible sous l'eau, en provoquant le moins de turbulences possible afin de ne pas perturber les organismes marins dans leur comportement naturel.

Le Zooglider est généralement déployé par deux ou trois personnes. Une fois lâché dans l'eau, il est autonome. Le Zooglider n'a pas de moteur ni de pièces mobiles externes. En tant que planeur, il est équipé d'une petite vessie à huile. Une pompe intégrée pompera l'huile de ou dans cette vessie, provoquant une légère variation de la densité totale du planeur, ce qui se traduit par une force ascendante ou descendante. La présence d'ailes crée une portance qui permet au planeur de nager vers le haut ou vers le bas de la colonne d'eau à un angle donné, et de se déplacer ainsi sur le fond marin. Une plongée typique s'effectue jusqu'à 400 m de profondeur et dure environ 3 heures. Lorsque le Zooglider atteint la surface, il soulève l'une de ses ailes pour établir une liaison satellite avec le rivage. C'est ainsi qu'il nous communique que tout va bien et qu'il nous envoie un résumé de ce qu'il a observé lors de sa dernière plongée.

Comment fonctionne le Zooglider ?

Sur la base de la dernière position de Zooglider, nous combinons les informations fournies par les satellites sur les caractéristiques que nous pourrions vouloir échantillonner avec le rapport ultérieur que nous recevons de Zooglider, afin de décider si nous voulons qu'il poursuive sa trajectoire préprogrammée ou si nous voulons lui donner une nouvelle destination. Ce processus d'acheminement est constamment révisé au cours d'une mission. Dans le cas de BioSWOT-Med, je surveillerai de près les informations reçues et négocierai le prochain point de passage avec le professeur Mark Ohman de la Scripps Institution of Oceanography. Une fois que nous nous serons mis d'accord sur notre prochaine destination, le Dr Jeff Sherman du groupe de développement de l'institut Scripps enverra les commandes au Zooglider par l'intermédiaire d'une liaison satellite.

Zooglider sous l'eau.

Quelles sont les données acquises par Zooglider ?

Pendant la descente, Zooglider est en mode passif et enregistre uniquement les sons ambiants de la mer à l'aide d'un hydrophone. Pendant la remontée, Zooglider recueille des informations CTD - température, salinité et fluorescence de la chlorophylle (comme indicateur de la concentration de phytoplancton), ce qui nous permet d'obtenir des informations détaillées sur l'environnement physique dans lequel Zooglider évolue.

Mais l'océan n'est pas que physique et nous voulons aussi comprendre les organismes planctoniques dérivants à la base du réseau alimentaire océanique. C'est pourquoi nous avons équipé Zooglider d'un système optique spécialisé appelé Zoocam. La Zoocam est un système d'imagerie par ombres portées qui, comme son nom l'indique, enregistre les ombres de tout ce que Zooglider croise au cours de ses voyages. Un faisceau LED rouge (groupé et parallélisé pour éliminer toute distorsion spatiale) est projeté à travers un tunnel d'échantillonnage d'environ 250 ml, fixé à la fonte du planeur. Tout ce qui passe à travers ce faisceau lumineux projette une ombre qui est ensuite enregistrée par la caméra. Cela nous permet d'enregistrer quantitativement les organismes denses, comme les petits crustacés, ainsi que les organismes gélatineux translucides, comme les méduses, les siphonophores ou la neige marine. La lumière ambiante étant très faible à des profondeurs supérieures à quelques mètres, de nombreux organismes ne se fient pas uniquement à leurs sens optiques, mais utilisent le son comme moyen de communication et de détection de l'environnement.

Zooglider est également équipé d'un système acoustique actif à double fréquence appelé Zonar. Le Zonar émet des ondes acoustiques à 200 et 1000 kHz et attend le retour du signal. Une onde sonore voyage beaucoup plus vite sous l'eau que dans l'air. Sur son chemin dans la colonne d'eau, tout objet ou organisme qu'elle rencontre renvoie une partie de l'énergie acoustique à sa source. En termes très généraux, le signal reçu à des fréquences plus élevées sera davantage dominé par des organismes plus petits et le signal à des fréquences plus basses sera davantage dominé par des organismes plus grands. Cette technique est très similaire à celle utilisée par les dauphins pour trouver leurs proies et leurs amis et pour éviter les obstacles potentiels. Ce dernier point nous a incités à intégrer un algorithme de détection du fond marin dans Zooglider, ce qui lui permet de détecter la présence du fond marin et d'ajuster automatiquement sa trajectoire s'il s'en approche de trop près. Grâce à une combinaison de modèles de diffusion acoustique, d'informations reçues du zonar et de la zoocam, nous pouvons séparer le signal acoustique en organismes de différentes classes de taille ou groupes taxonomiques. Associé aux observations de l'environnement physique et aux images de la zoocam, cela nous permet de détecter les changements de densité ou de composition des communautés de mésozooplancton.

Comment utilise-t-on l'hydrophone du Zooglider pour écouter les cris des mammifères marins et des poissons ?

De nombreux organismes marins sont très vocaux ; ils communiquent par le son. Un hydrophone est un microphone sous-marin qui nous permet d'écouter le bavardage d'animaux produisant des sons, tels que les mammifères marins ou les poissons. Il est bien connu que les baleines ont différents chants ou types d'appels qu'elles utilisent pour communiquer. Nous pouvons par exemple distinguer les différentes espèces de baleines à fanons par les cris qu'elles produisent et nous pouvons même souvent comprendre si elles effectuent des appels sociaux, d'alimentation ou d'accouplement. On sait moins que de nombreux poissons sont également très vocaux. Certes, le son d'un chœur de poissons n'est pas aussi mélodieux ou relaxant que celui d'une baleine à bosse, et il s'agit plutôt d'un grognement. Néanmoins, ces sons peuvent nous éclairer sur le comportement des poissons. Alors que les mammifères marins produisent des sons en utilisant des mécanismes similaires aux nôtres, les poissons produisent principalement des sons par l'intermédiaire de muscles soniques situés sur ou près de leur vessie natatoire, par le frottement de composants squelettiques ou, de manière plus passive, par des changements brusques de la direction ou de la vitesse de la nage. Sur Zooglider, nous avons récemment ajouté une Acousonde, une sorte d'hydrophone très portable. Nous avons préprogrammé l'hydrophone de manière à ce qu'il commence à enregistrer lorsque le planeur atteint une certaine profondeur et qu'il s'arrête lorsque le Zooglider commence à remonter. Nous utilisons la descente pour notre session d'écoute, car c'est le moment où le Zooglider est le plus silencieux, sans aucun autre bruit d'instrument. Après le voyage, nous pouvons écouter toutes les conversations que Zooglider a enregistrées au cours de sa mission.

Il est possible de suivre Zooglider en temps réel grâce à un site web public.

Sven Gastauer et Zooglider.

Contact: Tosca Ballerini