Bilan

La m´ethodologie pr´esent´ee dans ce chapitre pour la classification des ´echos des couches dif-fusantes, pr´esente les avantages suivants :

- Elle ne n´ecessite pas une connaissance a priori des types de r´eflecteurs pr´esents dans le volume ´echantillonn´e.

- Elle discrimine les ´echotraces des bancs de poissons `a grain fin.

- Elle discrimine pertinemment les patrons spatiaux des ´echogrammes multifr´equences. - Elle identifie des groupes dont les r´eponses fr´equentielles m´edianes sont pertinentes par

rapport aux mod`eles de r´eflecteurs de la litt´erature.

- Elle est facile `a mettre en œuvre et peut ˆetre appliqu´ee avec des moyens informatiques standards.

La m´ethode ACM-KM est une application de l’analyse des correspondances `a la caract´erisation multifr´equentielle des couches diffusantes. Son application sur l’ensemble des donn´ees mul-tifr´equences de la campagne PELGAS 2013, a permis d’identifier diff´erents types de couches diffusantes dans le golfe de Gascogne au printemps 2013, dont les distributions spatiales ne sont pas al´eatoires. L’analyse de la distribution spatiale de ces diff´erents groupes de r´eponses fr´equentielles a permis de d´efinir des ”paysages acoustiques” tridimensionnels `a partir des donn´ees collect´ees dans le golfe de Gascogne au printemps 2013. La nature et les fonctions ´ecologiques des organismes produisant ces paysages acoustiques restent cependant `a d´eterminer.

Table 2.5 – Synth`ese des repr´esentations des r´esultats de la classification qui apportent des informations compl´ementaires.

Type de repr´esentation R´esultats

2D Verticale

Synth`ese des ´echogrammes bruts de toutes les

fr´equences. Description de l’organisation des

diff´erentes couches

diffusantes sur la dimension verticale.

2D Horizontale

Distribution spatiale des diff´erents types de couches diffusantes. Qualification de la r´epartition, ´etendue ou en agr´egats.

3D

Distribution spatiale des diff´erentes couches

diffusantes avec le d´etail de la distribution verticale.

Chapitre 3

Les paysages acoustiques dans

l’´ecosyst`eme p´elagique du golfe de

Gascogne au printemps 2013

”And what is the use of a book”, though Alice, ”without pictures

or conversations ?”

Alice’s Adventures in Wonderland,

Lewis Carroll

-3.1 Introduction

Dans la section 2.4, nous avons mis en ´evidence plusieurs types de couches diffusantes pr´esentant des patrons de distribution spatiale distincts, qui dessinent des paysages acoustique dans le golfe de Gascogne. Les r´esultats de cette section montrent que les r´eponses fr´equentielles comportant des pics de r´esonance sont pr´esentes sur la quasi-totalit´e du golfe et forment des patrons spatiaux structur´es.

Des couches diffusantes d’apparence similaire sur les ´echogrammes peuvent cependant ˆetre produites par des r´eflecteurs tr`es diff´erents. Sous certaines conditions, les microstructures oc´eaniques peuvent r´etro-diffuser les ondes acoustiques `a un niveau proche de la r´eponse acoustique du zooplancton (Lavery et al., 2003; Ross & Lueck, 2003). Les vagues internes, par exemple, sont des structures physiques courantes dans l’oc´ean qui se propagent le long de gradients de densit´e. Elles concentrent les organismes et sont d´etect´ees comme des couches dif-fusantes (Warren et al., 2003). D’autres types de couches difdif-fusantes sont d’origine biologique, produites par des agr´egations de zooplancton (e.g. Lawson et al. (2004); Greene et al. (1998)), de micronecton (Pe˜na et al., 2014; B´ehagle et al., 2014), de macrozooplancton g´elatineux (Warren & Smith, 2007) ou mˆeme de phytoplancton (Churnside et al., 2012; Bok et al., 2013; Benoit-Bird et al., 2010). L’ensemble de ces couches diffusantes apparaissent selon des ´epaisseurs diverses `a des profondeurs vari´ees et peuvent ˆetre stables ou dynamiques dans la colonne d’eau.

Quelques ´etudes ont caract´eris´e la composition des couches diffusantes en analysant conjoin-tement des donn´ees acoustiques et hydro-biologiques sur des centaines de km2 (m´eso-´echelle). B´ehagle et al. (2014) ont ´etudi´e la distribution verticale de couches diffusantes denses principa-lement compos´ees de myctophid´es, montrant que la r´epartition de ces organismes et la r´eponse acoustique qu’ils induisent ´etaient d´ependantes de la distance au plateau continental et de la direction des tourbillons locaux. Dans la baie de Monterey, Benoit-Bird et al. (2010) ont ´etudi´e l’interaction entre le phytoplancton, formant de fines couches diffusantes et le zooplancton, distribu´e sous la forme de couches diffusantes plus larges observ´ees dans la mˆeme zone. Les deux types de couches se superposaient lorsque le zooplancton consommait le phytoplancton mais ´etaient s´epar´es d’une dizaine de m`etres lorsque la concentration en phytoplancton dans la couche repr´esentait moins de 20% de la concentration int´egr´ee sur la colonne d’eau. En Po-lyn´esie fran¸caise, Bertrand et al. (1999) ont ´etudi´e la distribution du micronecton en relation avec la circulation oc´eanique, la distribution de la production primaire et des concentrations en nutriments, oxyg`ene et zooplancton. Ces auteurs ont montr´e que le micronecton est distribu´e dans des zones pr´ef´erentielles influenc´ees par la concentration en oxyg`ene et la quantit´e de nourriture disponible. Dans les eaux cˆoti`eres p´eruviennes, Ballon et al. (2011) ont distingu´e des couches diffusantes de deux types : les couches diffusantes d’organismes FL et les couches diffusantes des autres r´eflecteurs. A l’aide de pˆeches planctoniques, les auteurs ont identifi´e les grands euphausiac´es comme les organismes les plus contributifs `a la r´eponse acoustique des couches diffusantes FL, d´etect´ees par les fr´equences 38 et 120 kHz. Malheureusement, ces au-teurs n’ont pas pu valider la composition des couches diffusantes des autres r´eflecau-teurs, faute de mat´eriel adapt´e. A l’ouest de la p´eninsule Antarctique, Lawson et al. (2004) ont compar´e la d´etection acoustique de couches diffusantes `a des variables hydrologiques, bathym´etriques et hydrodynamiques. Ces auteurs ont montr´e que les diff´erences de distribution des couches diffusantes entre l’automne et l’hiver, ´etaient en partie dues au transport des organismes planc-toniques par les courants dominants de la zone. La combinaison de donn´ees acoustiques et biologiques a permis `a ces auteurs de montrer l’h´et´erog´en´eit´e de la composition sp´ecifique des couches diffusantes, qui ne sont pas compos´ees uniquement d’euphausiac´es mais ´egalement de cop´epodes, de pt´eropodes et de siphonophores physonectes. L’ensemble de ces ´etudes ont

mis d’identifier la nature des organismes composant les couches diffusantes en comparant les donn´ees acoustiques aux pˆeches d’identification, et de replacer ensuite les couches diffusantes dans le contexte de l’´ecosyst`eme p´elagique.

Dans le golfe de Gascogne, Lezama-Ochoa et al. (2011) et Trenkel & Berger (2013) ont cherch´e `a caract´eriser la distribution spatiale des couches diffusantes et ont formul´e des hy-poth`eses sur la nature des organismes qui les composaient, et leurs fonctions ´ecologiques. Ces ´etudes n’ont, cependant, analys´e que les donn´ees acoustiques, sans effectuer de validation terrain permettant de caract´eriser sans ambigu¨ıt´e la composition des couches. Les hypoth`eses ´emises sur la nature des couches ´etaient uniquement bas´ees sur l’allure des r´eponses fr´equentielles in-situ, et sur l’hypoth`ese forte que les volumes insonifi´es ne contenaient qu’un seul type d’or-ganismes.

Afin de d´eterminer avec certitude la composition des couches diffusantes du golfe de Gas-cogne au printemps, il convient de comparer les donn´ees acoustiques `a des donn´ees collect´ees simultan´ement avec d’autres ´echantillonneurs. Nous allons comparer dans ce chapitre la ca-ract´erisation acoustique des couches diffusantes du golfe de Gascogne au printemps pr´esent´ee dans le chapitre 2, avec les donn´ees collect´ees par d’autres outils d’´echantillonnage sur les com-partiments de l’´ecosyst`eme p´elagique, afin de d´etecter d’´eventuelles corr´elations qui pourraient renseigner sur la nature et le rˆole ´ecologique des couches diffusantes.

Dans la premi`ere partie, la distribution spatiale des groupes de couches diffusantes issus de la m´ethode non supervis´ee ACM-KM, appliqu´ees aux donn´ees de l’ensemble de la campagne PEL-GAS 2013 (cf. 2.4), est compar´ee `a la distribution de l’abondance des organismes de diff´erents compartiments : micro-zooplancton (20-200 µm), m´eso-zooplancton (0.2-200 mm), macronecton (> 2 cm) et aux structures des param`etres hydrologiques sur l’ensemble du golfe de Gascogne. Dans la seconde partie, la structure verticale des couches diffusantes est compar´ee `a la structure verticale des param`etres hydrologiques `a l’´echelle d’une radiale acoustique.