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Submitted on 16 May 2020
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Développement de dispositifs de détection d’anguilles en dévalaison
R. Szczepaniak
To cite this version:
R. Szczepaniak. Développement de dispositifs de détection d’anguilles en dévalaison. Sciences de l’environnement. 2014. �hal-02600051�
Université de Bordeaux
Licence 3 mention biologie - environnement Parcours Biologie des Organismes et Ecosystèmes (BOE)
Année universitaire 2013/2014
Rapport de stage SZCZEPANIAK Robin
Développement de dispositifs de détection d’anguilles en dévalaison
Responsables du stage Frédérique Bau
Co-encadrants : Christian Rigaud - Hilaire Drouineau - Nicolas Deligne
Structure d’accueil Centre IRSTEA Bordeaux 50 avenue de Verdun – Gazinet
33612 Cestas Cedex
Remerciements :
Mes remerciements s’adressent en premier lieu à mon maître de stage, Madame Frédérique Bau, Ingénieure d’étude spécialisée en télémétrie, pour m’avoir accepté dans son équipe et pour sa confiance. Ses conseils et ses explications consciencieuses pendant les 2 mois de stage m’ont permis de progresser et de combler mes lacunes sur le sujet, bien qu’encore nombreuses. Je te remercie pour l’expérience enrichissante et pleine d’intérêt que j’ai vécu.
Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Nicolas Deligne pour m’avoir intégré et fait partager des moments de rigolade. Mais également à m’avoir apporté des renseignements dès que j’en avais besoin ainsi qu’à m’avoir initié au maniement de la masse et à la reconnaissance de poisson. Avoir pu faire équipe avec toi a été un plaisir.
Je remercie ensuite Hilaire Drouineau de t’être occupé des démarches administratives pour que je puisse faire ce stage ainsi que pour m’avoir fourni de la documentation utile pour la rédaction de mon rapport. Je te remercie par ailleurs pour la visite complète des lieux lors de ma première visite.
Mes prochains remerciements vont vers Christian Rigaud qui a toujours été disponible et très pédagogue lorsque j’avais une question. Il a toujours eu un mot gentil en passant et je l’en remercie.
Ensuite, je tenais à remercier Charles Roqueplo pour m’avoir accueilli dans son bureau et s’être moqué de moi lorsque je mesurais les écrevisses. Mais aussi Elodie Plault pour avoir été compréhensive face aux retards des documents à fournir.
Enfin, je tiens à destiner mes derniers sincères remerciements à l’ensemble des personnes qui ont fait que ce passage à IRSTEA ait été fort agréable.
Table des matières :
Présentation de la structure : ______________________________________________________ 1 A. Introduction : _______________________________________________________________ 2 1) Cycle biologique de l’espèce étudiée : ________________________________________________ 2 2) Contexte du stage : _______________________________________________________________ 3 3) Technologie actuelle ______________________________________________________________ 4 4) Objectifs du stage : _______________________________________________________________ 6 B. Matériels et méthodes : _______________________________________________________ 7
1) Expérimentations en laboratoire : ___________________________________________________ 7 2) Expérimentations in situ : __________________________________________________________ 8 3) Expérimentations avec pit-tag sur animaux : __________________________________________ 10 C. Résultats : _________________________________________________________________ 11
1) Résultats en laboratoire : _________________________________________________________ 11 2) Résultats in situ : ________________________________________________________________ 11 3) Expérimentations avec pit-tag sur animaux : __________________________________________ 13 D. Discussion : ________________________________________________________________ 14 E. Conclusion :________________________________________________________________ 19 1) Bilan du stage et perspectives : _____________________________________________________ 19 2) Bilan personnel : ________________________________________________________________ 20 F. Bibliographie ______________________________________________________________ 21 Annexes ______________________________________________________________________ 22
Présentation de la structure :
La structure qui m’a accueilli pour effectuer le stage obligatoire de licence est l’Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA).
Anciennement appelé CEMAGREF (Centre national du machinisme agricole, du génie rural et des eaux et forêts), Irstea est un établissement de recherche public à caractère scientifique et technique (EPST), tout comme le CNRS ou l’INRA.
La stratégie d’Irstea est de répondre aux enjeux socio-économiques vis-à-vis de la gestion des territoires (essentiellement agricoles), de leurs ressources (principalement l’eau), et de leurs productions. D’autres enjeux concernent également la prévision et la prévention de risques naturels et environnementaux, et la préservation de la biodiversité.
C’est un institut réparti entre 9 centres à travers la France dont un à Bordeaux, plus précisément sur le site de Cestas-Gazinet. Le centre de recherche de Bordeaux a deux missions principales que sont la gestion de l’eau et du fonctionnement des milieux aquatiques, et l’interface entre eau et gestion des territoires. Il se répartit donc en deux unités de recherche, avec d’une part une unité ETBX travaillant sur l’environnement, les territoires et les infrastructures, et d’une autre part une unité EABX, dans laquelle j’ai fait mon stage, traitant des problématiques liées aux environnements aquatiques affectés par des changements globaux. Les recherches menées dans EABX visent à améliorer les connaissances et mettre en place des méthodes ainsi que des outils pour évaluer l’état des écosystèmes estuariens et portent aussi sur des questions de gestion et de restauration des espèces piscicoles menacées présentes dans le bassin de la Gironde-Garonne- Dordogne, en particulier des poissons migrateurs amphihalins.
L’unité de recherche EABX se divise ainsi en une équipe « Ecosystèmes estuariens » (EE) et une équipe « Poissons migrateurs amphihalins » (PMA). Cette dernière, dont je fais partie, base ses recherches sur l’écologie, la dynamique et la biologie de la conservation des poissons migrateurs amphihalins que l’on retrouve dans les fleuves et les estuaires. Les recherches permettent des applications allant du maintien de la pêche grâce à la gestion des hydrosystèmes ainsi que leurs ressources. Elles aident également à quantifier, pour à terme limiter, les impacts anthropiques sur les populations de poissons migrateurs. Enfin, ces recherches aboutissent à mettre en place des méthodes pour évaluer l’état des écosystèmes et des populations de migrateurs menacées et des solutions pour préserver ou restaurer leurs habitats et leurs stocks.
Les espèces plus particulièrement étudiées par l’équipe PMA sont : l’esturgeon européen (Acipenser sturio), l’alose (Alosa alosa), la lamproie (Lampetra fluviatilis), le saumon atlantique (Salmo salar) ainsi que l’anguille européene (Anguilla anguilla) qui sera au centre de mon stage.
A. Introduction :
1) Cycle biologique de l’espèce étudiée :
L’anguille européenne (Anguilla anguilla) est un poisson migrateur qui vit en eau douce mais se reproduit en mer. On parle d’une espèce amphihaline thalassotoque. Le cycle biologique de l’anguille est complexe et se caractérise par des migrations de très grandes distances. En effet, la reproduction des anguilles a lieu en mer des Sargasses au niveau de l’Atlantique Nord. Les larves produites lors de la reproduction sont appelées leptocéphales. Le Gulf Stream, courant océanique caractéristique de la mer des Sargasses, va permettre aux larves de rejoindre l’ensemble des façades maritimes européennes mais également nord-africaine. Cette première migration correspond à une distance d’environ 6000 km à travers l’océan Atlantique.
Les individus arrivant au niveau des côtes vont évoluer et se métamorphoser dans en stade appelé civelle. Ces très jeunes anguilles vont alors remonter les cours d’eau (montaison) et subir des transformations lors de la transition entre le milieu océanique et le milieu fluvial pour atteindre un autre stade, l’anguillette. La phase allant du stade civelle au stade anguillette est nommée phase de colonisation. Suite à cela, l’anguillette va alors subir une phase de croissance où sa pigmentation va se modifier dans des teintes allant du brunâtre au verdâtre au niveau dorsal et jaune au niveau ventral. On parle ici d’anguille jaune. Durant cette phase l’anguille va stocker des réserves énergétiques en vue de son voyage de retour vers l’océan. Elle va se nourrir d’organismes comme des larves d’insectes, de petits crustacés, des mollusques ou de petits poissons, surtout la nuit (poisson lucifuge).
Après avoir accumulé assez de réserves, l’anguille va subir une ultime métamorphose : on parle alors d’anguille argentée. En effet, la pigmentation change pour devenir ventralement d’une couleur quasiment métallique. Cette métamorphose va permettre le retour en milieu océanique, c’est-à-dire que l’anguille va subir des modifications morphologiques, physiologiques et anatomiques pour passer à la vie marine. A ce stade, l’anguille va arrêter de se nourrir et se servir uniquement de réserves énergétiques stockées pour effectuer la seconde migration de sa vie. C’est lors de l’automne que l’anguille dévale les cours d’eau pour regagner l’océan (dévalaison) et rejoindre le site de reproduction en mer des Sargasses.
2) Contexte du stage :
Un constat est fait depuis les années 70 montrant la dégradation des populations d’anguille et de leurs aires de répartition sur l’ensemble des côtes européennes, aboutissant à placer l’espèce en danger critique d’extinction par l’IUCN (Dekker, 2003 ; ICES, 2006). Ce constat a débouché sur l’établissement d’un règlement européen visant à restaurer les populations d’anguille (Règlement CE / n° 1100/2007 du 18/09/2007). Différentes mesures ont été mises en place dont une visant à diminuer l’impact des ouvrages hydrauliques sur la migration d’avalaison (ou dévalaison) des anguilles au stade argenté.
A Irstea, de précédentes études, utilisant la radio-télémétrie pour suivre le long d’un axe migratoire les déplacements d’anguilles marquées à l’aide d’émetteurs radio, ont montré le déclenchement et la cinétique de dévalaison de l’anguille argentée mais également son comportement individuel précis au niveau d’obstacles anthropiques (e.g. Bau et al., 2012). Malgré l’intérêt de ces études, la technique de radio-télémétrie utilisée limite les conclusions, car elle ne peut être appliquée pour des suivis à long terme en raison de la durée de vie relativement réduite (6 mois) des émetteurs adaptés au stade/taille des individus étudiés. Pour renforcer les conclusions, en effet, il faudrait marquer les anguilles dès leur stade jaune pour pouvoir suivre leurs comportements sur plusieurs années, comprenant la métamorphose au stade argenté et la dévalaison. Ainsi une étude plus poussée sur les conditions de prise d’argenture et les comportements de dévalaison sur un axe migratoire fortement anthropisé serait possible.
Figure 1 : Cycle biologique de l'anguille européenne
Pour se faire, une nouvelle technique de marquage radio-télémétrique est utilisée, grâce à des marques appelées pit-tags et des antennes de détection RFID (Radio Frequency Identification).
Cette technique est intéressante notamment du fait de la durée de vie plus longue (illimitée) de la marque. Cela permettra alors d’établir un lien entre population d’anguille jaune et dévalaison.
3) Technologie actuelle
La technologie RFID est un système de détection automatique de puces électromagnétiques appelées communément pit-tags. Elle permet l’identification sans contact grâce à des ondes RF à basse fréquence (134.2kHz) où chaque marque a un codage unique. Cela permet donc une identification individuelle sans engendrer une recapture et donc éviter un stress supplémentaire à l’animal.
Pour le système RFID, il existe deux types de technologies différentes appelées FDX et HDX. Les antennes FDX (Full Duplex) vont avoir comme particularité d’émettre un champ de charge magnétique continu pour un tag passif (Figure 3) tandis que l’antenne HDX (Half Duplex) va émettre un champ de charge magnétique discontinu pour un tag semi actif (Figure 3). La technologie que nous utilisons déjà est de type HDX, c’est-à-dire que l’antenne grâce à son champ de charge va énergétiser le pit-tag qui possède une bobine. Une fois activé par cette charge le tag va envoyer son code d’identification à l’antenne qui sera enregistré. (Figure 4)
Figure 2 : Stade à l'étude dans l'équipe PMA
Figure 4 : Principe de la technologie HDX
Ce principe, à la différence de celui de l’émetteur radio (qui est une marque active car composé d’une batterie), est que le pit-tag est passif ou semi-actif (absence de batterie). La bobine lui confère une durée de vie illimitée, une taille bien inférieure mais cela va nécessiter l’énergie du champ électromagnétique et donc entraîner une distance de détection plus faible ; contrairement à la télémétrie radio (200-300m de détection).
Le point important de ce marquage est donc la durée de vie illimitée des pit-tags. De plus, les pit-tags sont facilement applicable sur l’animal et ils sont également non invasifs grâce à des tailles miniatures. Il existe trois tailles de pit-tag : 12mm, 23mm et 32mm (Figure 5). La taille réduite des pit-tags octroie un poids à ces outils relativement faible (0.6g pour le 23mm et 0.8g pour le 32mm) permettant une pose facile et n’engendrant pas d’effet néfaste sur la croissance et sur la survie des organismes (e.g. Zydlewski et al. 2001) (Figure 6). Cet outil permet donc un travail dans l’éthique nécessaire aux études réalisées sur des animaux et leurs comportements.
Figure 3 : Principe de charge de pit-tag pour les deux technologies
Figure 5 : Pit-tag en 23mm et 32mm Figure 6 : Exemples d’émetteurs radio
Mais il persiste un point négatif important qui est la distance de détection ; en effet, la distance nécessaire pour capter le signal RF est faible et le tag (même en 32mm) doit se trouver généralement à moins d’un mètre d’une antenne de détection. Malgré cette distance restrictive, de nombreuses antennes RFID ont été utilisées : sous forme de plaque horizontale (Nunnallee et al.
1998) placées au niveau de passes à poissons sur des infrastructures d’ouvrages, ou encore d’antennes de type fenêtre verticale associées à de la radio télémétrie (Bau et al. 2012 ; Larinier et al. 2012) ou des systèmes d’antennes portatives pour des suivis mobiles (Hill et al. 2006 ; Hewitt et al. 2010). Il persiste néanmoins des difficultés à élaborer des antennes de plus grandes tailles afin de détecter des déplacements en milieu ouvert plus large du fait de la faible distance de détection. Au vue de ces constats, il parait intéressant de développer des antennes plus larges, à plat et fonctionnelles sur des hauteurs de détection plus importante. Ce dispositif n’a, à ce jour, pas ou rarement été mis en place avec succès en France ; c’est ce qui va être le moteur de ce stage afin de développer une antenne opérationnelle.
4) Objectifs du stage :
La mission va être de participer au développement et à la mise en place sur un secteur relativement large de cours d’eau d’un nouveau dispositif de détection de poissons (anguilles du stade jaune à argenté) grâce à la mise au point de larges antennes RFID horizontales et aux marques pit-tags. Dans un premier temps, des expérimentations en laboratoire, dans l’air, seront réalisées afin de tester le matériel et d’optimiser les distances de détection sur différentes tailles d’antennes.
Les pit-tags testés ne seront à ce moment-là pas associés à un animal. Dans un second temps, des tests seront réalisés sur le terrain à plus grande échelle, également dans l’air, afin de régler les antennes en fonction des conditions du milieu. Et enfin, les antennes seront placées in situ.
L’ensemble des expérimentations préliminaires sont pratiquées avec des pit-tags seuls.
Parallèlement, des anguilles seront capturées et marquées par pit-tags afin de pouvoir les relâcher et de tester si les animaux marqués sont détectables par les antennes. Pour enfin, à terme et avec la mise en place d’autres antennes le long de l’axe étudié ainsi qu’au niveau des ouvrages, collecter et analyser les données pour étudier le comportement des anguilles vis-à-vis d’obstacles ou sur leurs migrations de dévalaison.
B. Matériels et méthodes :
1) Expérimentations en laboratoire :
La première étape de la manipulation est de tester le système en laboratoire pour ne pas avoir de surprise lors des essais sur le terrain. Le dispositif se compose de différents éléments (Figures 7 et 8). Tout d’abord un lecteur de marque Oregon RFID, qui est l’élément principal, permet de recevoir et d’enregistrer les informations transmises par la ou les antennes (lecteur multi- voies). Les informations comme le code c’est-à-dire le numéro d’identification unique du pit-tag détecté mais aussi les données de paramétrage du lecteur, etc. sont stockées sur une carte SD insérée dans le boitier Oregon. Ce lecteur est relié d’une part à un élément appelé boitier d’accord ou
« Tuner » qui est lui-même relié à l’antenne. Le tuner permet de régler la résonance entre le lecteur et l’antenne, et ainsi d’accorder le dispositif pour une détection optimale en fonction de l’inductance mesurée au niveau de l’antenne. L’inductance correspond au champ électromagnétique généré par l’antenne. Elle varie donc (notamment) en fonction de la taille et du design de l’antenne (entre 8 et 80µH), d’où l’importance à chaque test de procéder à des réglages dans le tuner. Enfin le boitier Oregon est lui relié à une batterie (12-20V, 100-135Ah) pour une autonomie de fonctionnement sur le terrain allant jusqu’à 3 jours selon la taille (et la consommation énergétique) de l’antenne testée.
L’inductance (en µH) mesurée à l’henrymètre au niveau de la queue d’antenne sert à régler le tuner pour une accordance optimale du dispositif. Les différentes combinaisons de cavaliers (micro composants électroniques activant ou désactivant des portions de circuit) à positionner dans le circuit électronique du tuner pour atteindre la valeur d’inductance la plus proche possible de celle mesurée au niveau de l’antenne sont testées et calées à l’aide d’un abaque fourni par le constructeur.
Figure 7 : Schéma simplifié du dispositif RFID
Puis grâce à un boitier de réglage, un réglage plus fin par un potard du tuner est ensuite possible pour une accordance maximale.
Une fois le dispositif en place et les réglages effectués, un pit-tag est utilisé pour mesurer les distances de détection (verticale pour une antenne à plat, traversante pour une antenne en fenêtre,…) avec un pit-tag de 23mm et un autre de 32mm. Lors des tests en laboratoire, l’antenne utilisée est différente de celle utilisée lors de l’expérience in situ. L’échelle est réduite : l’antenne est circulaire, de petite dimension (40cm de diamètre) et est constituée de 3 spires d’un câble en cuivre de faible section (2.5mm²).
2) Expérimentations in situ :
Le lieu de l’expérience se situe en Dordogne (24), plus précisément à Saint Médard de Dronne dans le moulin de la Pauze. Ce moulin est équipé d’une usine hydroélectrique. Le cours d’eau circulant à cet endroit est la Dronne. L’emplacement que nous avons choisi pour placer l’antenne est en aval du seuil. A ce niveau-là, la hauteur d’eau est suffisamment basse (50-60cm, à l’étiage estival, en milieu de cours d’eau) pour pouvoir y installer l’antenne dans de bonnes conditions, le courant n’y étant pas trop fort. De plus, la distance entre les deux berges est raisonnable et s’accorde à l’objectif de la mission qui est la mise en œuvre d’une large antenne opérationnelle d’environ 20m. Le challenge, démontré par de précédents tests, est que plus l’antenne est longue et placée à plat dans le lit du cours d’eau en secteur relativement profond, et moins la détection sera facile.
La distance entre les deux berges est mesurée (17m20) puis l’antenne est désignée : 2x20m de gros câble d’antenne (section 50mm²) sont coupés, en prenant en compte aussi 2x4m de queue d’antenne. L’antenne est juste posée sur le lit du cours d’eau, raccordée au système de détection (Figure 9) et l’ensemble du dispositif est calibré et accordé comme décrit précédemment. Le test consiste alors à mesurer à l’aide d’une perche de mesure et d’un pit-tag fixé à un embout, la hauteur de détection au-dessus de chaque brin mais également les distances de détection de part et d’autre
Figure 8 (de gauche à droite) : Boitier Oregon, Tuner, Boitier de réglage, Antenne labo
des brins (intérieur et extérieur). Les tests sont réalisés à trois niveaux le long de la portion du cours d’eau, en rive gauche, au milieu et enfin en rive droite. Le système lecteur/tuner/batterie est placé en rive gauche sur la berge, et sera fixé en hauteur en fin de tests pour éviter tout risque d’inondation ultérieur.
Le premier test est donc effectué avec une antenne de 48m de câble environ (queue d’antenne comprise), sur une longueur arrondie à 18m et pour une largeur de 1.10m. D’autres tests sont alors réalisés pour des écartements de 1.00m, 0.80m, 0.60m et 0.40m.
De plus, d’autres tests sont également exécutés avec une queue d’antenne plus courte en berge, puis avec le câble 50mm² gainé dans un tube polyéthylène pour éviter les frottements directs et à terme limiter l’abrasion de l’antenne. Une fois la taille et le design de l’antenne calés, le mode d’alimentation du lecteur est ensuite testé : en direct sur batterie ou via une alimentation tampon variable (12V ou 18V) branchée sur le secteur. Il faut garantir une bonne autonomie de fonctionnement mais s’assurer aussi que le mode d’alimentation choisi n’engendre pas de perturbations électro-magnétiques dans le système de détection. Et enfin le taux de lecture du lecteur RFID est programmé de façon optimale en fonction des caractéristiques du lieu (largeur, vitesse du courant) et en tenant compte des caractéristiques supposées des futures anguilles pit- taguées (vitesse de nage par exemple). Le taux de lecture (scans/s) est égal à la vitesse de passage du tag (m/s) x le nombre de scans par tag (souhaité pour confirmer la détection) divisé par la largeur
Figure 9 : Schéma simplifié du montage de l'antenne de ses caractéristiques
de la zone de détection (m). Dans notre cas, des taux de lecture de 10 scans/s, 14 scans/s et 25 scans/s sont testés. Pour chaque taux de lecture, différents temps de charge pour énergétiser le tag sont testés ainsi que plusieurs temps d’écoute pour la transmission de l’ID (Figure 10).
3) Expérimentations avec pit-tag sur animaux :
La première étape est de capturer des anguilles. Pour se faire la pêche électrique est utilisée avec un appareil appelé « Martin-pêcheur ». Cet appareil portatif se compose d’une anode et d’une cathode. La cathode se trouve derrière l’opérateur (2-3m) et l’anode est reliée à un manche que l’opérateur manipule. En activant l’anode, il se dégage un champ électrique entre les deux, électrodes qui dans un premier temps va attirer l’organisme puis à une certaine distance de l’anode le courant électrique va le tétaniser momentanément, ce qui facilite sa récupération à l’épuisette.
Une fois les animaux capturés, ils sont anesthésiés grâce à une solution d’isoeugénol dilué à 10% dans de l’éthanol à 75° incorporée à l’eau (aérée) du bac de marquage en proportion de 10mL de solution à 10% pour 10L d’eau (dose sédative pour chirurgie légère chez cette espèce). Les animaux sont alors laissés 5 à 10 minutes dans ce bain d’anesthésie en fonction de la taille, du poids de l’animal et de la température de l’eau. Une fois anesthésiées, la biométrie des anguilles est faite, c’est-à-dire les mesures de la longueur totale (Lt), de la taille de l’œil (diamètres oculaires horizontal Dh et vertical Dv) pour le calcul de l’indice oculaire (IO) de Pankhurst1 ainsi que la taille
1 Les diamètres oculaires ont été mesurés afin de calculer l’indice oculaire 100 Lt 2 π 4
Dh Dv
IO
(Pankurst, 1982).
Figure 10 : Evolution de l'énergétisation d'un pit-tag
Page
de la nageoire pectorale, tous ces critères permettant d’estimer le degré d’argenture des anguilles échantillonnées (Acou et al., 2005 ; Durif, 2003).
Pour des pit-tags de plus de 12mm, le marquage ne se fait plus par injection sous-cutanée mais par insertion chirurgicale dans la cavité abdominale. La pose du pit-tag commence alors en plaçant la bête sur la face dorsale afin de pouvoir travailler sur la face ventrale avec la tête et les branchies toujours dans l’eau. Il faut tout d’abord désinfecter la zone avec de la Bétadine.
L’incision se fait environ 3 à 4cm avant l’anus, légèrement désaxée de l’axe longitudinal. L'incision doit faire la largeur du pit-tag inséré et doit atteindre la cavité intrapéritonéale. Une fois l’incision réalisée et le tag désinfecté, le tag est introduit de façon verticale puis placer de façon horizontale dans la cavité en veillant à ce qu’il soit parallèle à l’axe longitudinal. Ensuite, la plaie est désinfectée à nouveau avec de la Bétadine ainsi qu’avec un mélange Alcool + Bétadine. Enfin la plaie est obturée grâce à de la colle chirurgicale de grade vétérinaire. L’anguille est alors placée dans une eau sans anesthésiant pour son réveil puis les anguilles sont ensuite relâchées à environ 50m en amont de l’antenne pour la phase-test de détection. Les données de passage collectées ont été récupérées dès 2 jours après le relâché des anguilles.
C. Résultats :
1) Résultats en laboratoire :
Les tests réalisés en laboratoire sur une antenne de type circulaire avec 3 spires d’environ 0.40m de diamètre et un câble de 2.5mm², ont montré une hauteur de détection de 0,61m pour le pit tag de 32mm et une hauteur de 0,51m pour celui de 23mm.
2) Résultats in situ :
Toutes les données du test définitif ont été récapitulées dans un tableau placé en Annexe 1.
En revanche, dans cette partie « résultats », seules les mesures de distance de détection effectuées au-dessus de l’antenne en zone de milieu du cours d’eau sont représentées en graphiques car elles sont les plus significatives pour l’étude. En effet, les anguilles en dévalaison vont privilégier le milieu du cours d’eau où le courant est le plus fort et ainsi, elles vont profiter de celui-ci pour dépenser moins d’énergie.
Les distances de détection obtenues en fonction des différents écartements des 2 brins de l’antenne sont visualisables en Figure 11.
Figure 11 : Hauteur de détection par les brins d'antenne en fonction de leurs écartements
Après avoir testé les différents écartements et sélectionné l’espacement de 1.0m (cf.
Discussion), l’antenne a été optimisée en rétrécissant la queue d’antenne hors d’eau. Ensuite, la totalité de l’antenne a été protégée grâce à de la gaine et finalement, elle a été fixée à ras du lit du cours d’eau et sécurisée par 16 pieux en bois imputrescible profondément enfoncés dans le substrat en vue de rester opérationnelle sur site durant plusieurs années. Les distances de détection après ces améliorations structurelles successives sont données en Figure 12.
Figure 12 : Distances de détection en fonction des améliorations apportées à l'antenne
Enfin, des tests ont été réalisés afin de s’affranchir d’une batterie sur le site. Pour se faire, une alimentation branchée sur secteur a été utilisée. Cette alimentation peut produire différents voltages. Les tests ont été faits avec 12V et 18V sachant que le boitier ne peut supporter plus de 20V. Les résultats sont rapportés en Figure 13.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Distance de détection (m)
Distance entre les brins (m)
Brin 1 (23mm) Brin 1 (32mm)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
brin 1 (23mm) brin 2 (23mm) brin 1 (32mm) brin 2 (32mm)
Distance de détection (m) Posée
Raccourcie Gainées Fixée
Page
Figure 13 : Distances de détection en fonction des sources d'alimentation
Finalement, les résultats de la série de tests effectués pour définir le taux de lecture TL
) le plus adéquat ont été inventoriés dans le Tableau 1. TL se calibre dans le lecteur en paramétrant les temps de Charge et d’Ecoute ( ⁄ )
) )) du tag. L’efficacité de détection de l’antenne et l’intensité (en Ampères) consommée par le système lecteur/antenne sont reportées dans le Tableau 1 pour différentes calibrations de TL.
3) Expérimentations avec pit-tag sur animaux :
Lors de la pêche électrique, 6 anguilles ont pu être capturées. Néanmoins, une de ces anguilles avait une taille trop petite (270mm) pour pouvoir supporter un pit-tag de 23mm, et les pit- tags de 12mm récemment développés en RFID HDX ne sont pas suffisamment puissants pour être utiliser avec une grande antenne (détection moindre ; cf. Burnett et al. 2013). Une autre anguille
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
brin 1 (23mm) brin 2 (23mm) brin 1 (32mm) brin 2 (32mm)
Distances de détection
Batterie 12V Alim 12V Alim 18V
Taux de lecture (scans/s) TL 10 TL 14 TL 25
Temps de charge/Temps d’écoute
(ms) 50/50 20/80 40/60 20/50 50/20 20/20
Hauteur de détection B1 (m)
32mm 0.76
Valeurs plus faibles
0.76 0.56 0.74 0.55
23mm 0.52-
0.53 0.45 0.30 0.49 0.30
Hauteur de détection B2 (m)
32mm 0.79 0.72-0.77 0.57 0.70
Valeurs plus faibles
23mm 0.53 0.46-0.47 0.29 0.46
Intensité (A) 1.256 0.637 1.04 0.82-0.88 1.4-1.8 1.04-1.4
Tableau 1 : Evolution des distances de détection et de l'intensité en fonction des différents taux de lecture, de charge et d'écoute
s’est quant à elle échappée après la capture, on a eu alors 4 anguilles à marquer. Avant l’insertion dans l’anguille, chaque pit-tag a été lu et recensé à l’aide d’un lecteur manuel.
Anguilles Longueur totale (mm)
Taille œil horizontale (mm)
Taille œil verticale (mm)
Indice oculaire
Taille pectorale (mm)
Taille pittag
(mm) N° pittag
1 726 8.60 7.00 6.58 33.73 32 AC3D624
2 523 5.38 5.38 4.34 23.69 23 AAE9CE9
3 506 4.29 4.00 2.67 20.30 23 AAE9CE7
4 351 2.90 3.57 2.34 14.69 23 AAE9CE8
5 270 Trop petite pour être marquée
Tableau 2 : Biométrie des anguilles marquées par pit-tag
A l’aide des données récoltées sur les anguilles, du calcul de l’indice oculaire et des classifications de Durif et d’Acou, il a pu être démontré que l’ensemble des individus étaient au stade anguille jaune (Annexe 2).
Deux jours après le relâché des anguilles en amont de l’antenne (environ 50m), les résultats des passages enregistrés sont récupérés.
Date Heure
Durée dans le champ de détection
N° Pittag Nbre de scans avec détection
Nbre de scans sans détection avant la suivante
23/07/2014 10 :20 :09.55 Mise en marche du système
23/07/2014 21 :29 :33.77 00 :00 :00.00 0000000 1 65534
23/07/2014 23 :42 :44.16 00 :00 :00.20 AAE9CE7 2 39699
23/04/2014 23 :42 :45.16 00 :00 :00.40 AAE9CE7 3 3
24/07/2014 03 :18 :48.97 00 :00 :02.63 AAE9C8 14 64407
24/07/2014 03 :18 :56.03 00 :00 :00.40 AAE9C8 3 21
24/07/2014 03 :18 :56.03 00 :00 :01.80 AAE9C8 5 2
25/07/2014 12 :00 :00.00 Arrêt du système
Tableau 3 : Tableau 3 : Détection des anguilles par l’antenne RFID
D. Discussion :
La première série de tests en laboratoire a été réalisée avec une petite antenne circulaire et un câble électrique de 2.5mm². Les résultats ont montré qu’avec cette antenne relativement simple, la capacité de détection est assez faible (32mm : 0.61m ; 23mm : 0.51mm) et peu satisfaisante compte tenu de la dimension réduite de l’antenne. Précisons malgré tout que la section d’antenne (2.5mm²) est un critère important dans la détection et dans ce cas présent la section est de faible valeur ce qui peut expliquer des distances de détection plus faibles. De plus, l’environnement de travail peut jouer en défaveur de notre test car le laboratoire est soumis à de nombreuses perturbations électromagnétiques qui peuvent diminuer également la distance de détection. Par
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ailleurs, d’autres tests ont été exécutés avec des formes d’antennes différentes ; ainsi on a pu constater que la forme de l’antenne influençait grandement la détection. La détection est optimale avec une antenne circulaire et plus on augmente le nombre de spires pour un câble de faible section, meilleure est la détection. Cependant, la mise en place d’une antenne le long d’un cours d’eau doit se faire avec une antenne carrée ou rectangulaire et avec une unique boucle pour des raisons pratiques. Il faut qu’elle traverse la totalité du secteur de cours d’eau choisi, en maintenant une détection continue et satisfaisante tout du long et en limitant les risques d’arrachage par des embâcles. Il a donc été choisi d’utiliser un câble plus gros (50mm²) pour augmenter le pouvoir de résonnance de l’antenne et de positionner le système à plat, de sorte que l’antenne soit une barrière de détection horizontale traversante.
En toute logique, tous les tests ont montré de meilleures détections pour le pit-tag de plus grande taille (32mm). Néanmoins, même si le tag de 23mm est moins puissant (Burnett et al. 2013), la structure et les paramétrages doivent être ajustés en fonction des résultats de cette taille de pit- tag. En effet, même si les pit-tags sont généralement bien supportés par les jeunes stades de poissons, avec pas ou peu d’influence sur leur croissance et leur survie (Zydlewski et al. 2001, Hill et al. 2006, Hirt-Chabbert and Young 2012), il faudra quand même privilégier dans notre étude l’utilisation des plus petits pit-tags, afin d’éviter des effets à long terme (Mazel et al. 2013) chez nos anguilles qui seront le plus communément des jaunes de petite taille suivies sur plusieurs années.
Les tests effectués sur le cours d’eau de la Dronne ont montré que sur le brin 1 pour un pit- tag de 23mm, la meilleure détection se fait pour un écartement de 1m avec une hauteur de détection de 0.55m. Dans le cas d’un pit-tag de 32mm, les meilleures détections se font pour des écartements de 0.60m (0.80m) et 1m10 (0.79m) mais dans ces cas-là, la détection avec le pit-tag de 23mm est moins bonne (0.50m et 0.48m). L’écartement de 1m sera donc privilégié pour optimiser les deux transpondeurs c’est-à-dire avec une hauteur de détection de 0.55m pour le 23mm et une hauteur de 0.70m pour le 32mm. C’est toujours le même compromis mais il faut que quelle que soit la taille de l’anguille (et donc de son tag), elle soit correctement détectée en passant sur les brins 1 (amont) et 2 (aval) de l’antenne. Il s’est avéré que le trou de non détection qui existe en les deux brins n’a pas pu être réduit ou comblé en resserrant l’écartement des brins. Cependant ceci ne gêne en rien notre étude sur la détection de passage d’anguilles contrairement à d’autres études sur l’utilisation des micro-habitats par les poissons où là, un recouvrement des zones est nécessaire (Johnston et al.
2009).
La seconde série de test in situ est effectuée au cours du perfectionnement de l’antenne afin de lui permettre d’être pérenne dans le temps. On constate que les différentes modifications n’ont
pas affecté considérablement la distance de détection. Il y a même eu une amélioration de la détection après que l’antenne ait été protégée par une gaine et l’installation du dispositif RFID (tuner, boitier Oregon) dans des coffrets de protection pour permettre un séjour long sur le site. Les résultats montrent que pour le pit-tag de 23mm la distance de détection est supérieure à 0.50m et pour celui de 32mm la distance est autour de 0.80m. Dans les conditions du test, c’est-à-dire en période estivale avec de faible débit et de faible hauteur d’eau, la détection est supérieure au niveau d’eau actuel. Par conséquent, cela laisse une certaine marge de sécurité dans la capacité de détection de l’antenne (Zydlewski et al 2006). Par contre, si les eaux viennent à monter au-delà, les risques de ne pas détecter les anguilles augmentent, mais au vue du comportement davantage benthique que pélagique de l’anguille, l’espoir de limiter les passages sans détection est de mise.
D’autres tests ont alors été réalisés afin de statuer sur le mode d’alimentation du système.
Nous nous sommes penchés sur trois modes d’alimentation différents : la batterie 12V, une alimentation branchée sur le secteur de 12V et cette même alimentation mais en 18V. Les mesures prises après le branchement de l’alimentation ont montré une baisse très significative (90%) de la distance de détection au-dessus des brins, passant d’une hauteur supérieure à 0.50m à une hauteur de 0.05m pour le 12V et inférieure à 0.05m pour le 18V, pour le brin 1 avec un pit de 23mm. Les autres mesures indiquent des valeurs également dégradées pour l’autre brin et les deux tailles de pit- tags. Il est donc clair que le fait de brancher au secteur (220V) la source d’énergie alimentant tout le dispositif réduit considérablement voire annule la résonnance de l’antenne. L’alimentation en 12V ou 18V ne tamponne pas suffisamment et laisse passer les bruits électromagnétiques générés par le secteur. Ces perturbations électromagnétiques parasitent le lecteur et entraîne une baisse d’efficacité de l’antenne. Il a donc été choisi d’utiliser une batterie de 12V comme source d’énergie. De plus, sur les conseils d’un ingénieur électronicien il sera alors privilégié d’utiliser un système de deux batteries à décharge lente de 12V reliées par un switcher qui permettra de changer automatiquement de batterie lorsque celle-ci viendra au bout de sa capacité. Ceci permettra alors d’augmenter le temps de fonctionnement autonome de l’antenne.
Toutes les mesures de détection faites lors des tests de conception de la large antenne ont été obtenues avec un paramétrage du taux de lecture (TL) de 10 scans/s (50ms/50ms). Par la suite, différents taux de lecture (10, 14 et 25 scans/s) déterminés par des combinaisons variables de temps de charge et d’écoute du pit-tag ont été paramétrés pour vérifier si l’augmentation de TL améliorait la distance de détection et avait un impact significatif sur l’énergie consommée par le système.
Donc pour chaque TL, il a été aussi testé plusieurs combinaisons possibles entre temps de charge et temps d’écoute. En effet, le temps de charge minimum requis pour énergétiser un pit-tag n’est que
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Sachant que cette phase est la plus énergivore, le temps de charge a donc été fixé à 20ms et associé à un temps d’écoute de 80ms, 50ms ou 20ms pour obtenir des taux de lecture respectivement de 10, 14, 25 scans/s. D’autres tests ont été faits avec des temps de charge plus longs. Il s’est avéré qu’à TL maximal (25 scans/s), pourtant à priori pertinent pour détecter des dévalaisons rapides, le champ de détection du système était nettement réduit et la consommation du lecteur augmentée. Ce TL n’a donc pas été retenu. Aux 2 autres TL, les distances de détection sont globalement supérieures pour une taille de pit-tag donné et s’améliorent surtout lorsque le temps de charge est le plus long, mais la consommation augmente aussi en conséquence. Il a donc fallu trouver un compromis entre détection et consommation. Au final, le TL de 10 scans/s (avec un cycle de 50ms/50ms) a été conservé, les détections restant convenables pour une consommation énergétique limitée (intensité de 1.256 A). En outre, pour la largeur de l’antenne (1m) et le nombre de lectures voulu par tag pour confirmer la détection (5 scans/tag), le TL de 10 scans/s permet de détecter des vitesses de pit-tags de l’ordre de 2m/s, proches des vitesses maximales de dévalaison d’anguilles argentées (7km/h) observées sur d’autres cours d’eau et sur la Dronne (Bau et al. 2012, Pôle Ecohydraulique 2013).
La pêche électrique a été une franche réussite car 6 anguilles jaunes ont été capturées en l’espace de 2h par 3 opérateurs seulement. Ceci a confirmé les dire des locaux sur le fait que des anguilles se trouvent aux alentours du site. Dans le lot d’anguilles que nous avons capturé, nous avons pu insérer un pit-tag dans la cavité intra-péritonéale à quatre d’entre elle. Le pit tag utilisé diffère en fonction de la taille et du poids de l’anguille pour ne pas que cela influe sur son comportement. En télémétrie, il est admis que le poids de la marque ne doit pas dépasser 2% du poids du poisson (Baras et Lagardère, 1995) pour ne pas affecter ses capacités de flottaison. Pour les pit-tags de 23 et 32mm qui ont quasi le même poids (et plus faible qu’un émetteur de télémétrie), c’est surtout le volume occupé qui peut être problématique. La plus grosse anguille a donc reçu un tag de 32mm tandis que les trois autres plus petites et moins lourdes ont reçu un pit- tag de 23mm. Dans tous les cas, l’insertion s’est faite par chirurgie dans l’abdomen de l’animal anesthésié et non pas par injection sous-cutanée.
Les résultats récupérés deux jours après avoir relâché les anguilles en amont de l’antenne ont montré le passage de 2 anguilles. La première anguille à avoir passé l’antenne portait le tag AAE9CE7 correspondant à l’anguille faisant une taille de 506mm. La seconde portait le tag AAECE8 soit l’anguille de 351mm. Elles correspondent aux deux plus petites anguilles marquées.
Les deux anguilles ont dévalé durant la nuit (23h42 et 03h18) suivant le lâché, ceci confirmant le fait que les anguilles jaunes (comme les argentées) ont une activité principalement nocturne mais également qu’elles se déplacent et prospectent sur des secteurs assez larges (une cinquantaine de mètres) même en dehors de variations importantes du débit. Le fait qu’elles aient dévalé toutes les
deux la même nuit et qu’aucune autre ne l’ait fait le lendemain en journée ou de nuit pourrait s’expliquer par le fait que les anguilles de plus grande taille se déplacent moins fréquemment que les petites anguilles, même si c’est très difficile de tirer des conclusions avec 4 individus (marqués peu de temps avant) surtout en biologie comportementale. Mais comme deux des anguilles ont une taille relativement similaire (523mm et 506mm) et qu’uniquement une des deux a été détectée par l’antenne, on peut vraisemblablement supposer que l’anguille de 523mm, capturée en amont du lieu de lâché et donc en amont de l’antenne, soit retournée vers son lieu de capture dans les enrochements du seuil. L’effet de la pêche électrique et du marquage sous anesthésie a également pu être ressenti différemment selon l’individu, même si la manipulation a été de courte durée et que toutes les anguilles ont récupéré rapidement une nage normale.
La première détection a été très rapide avec une durée totale de détection de 0.40s ce qui suggère que seul un brin a détecté l’anguille et donc que celle-ci avait une vitesse assez élevée. Le passage de la seconde anguille s’est étalé sur environ 8s avec 3 détections. La première détection correspond à la détection finale du premier brin c’est-à-dire à la partie intérieure du premier brin.
Elle aurait mis 2.63s pour traverser le premier brin et atteindre la zone de non détection, ce qui suggère une vitesse relativement lente (2.63s pour traverser 0.33m). La seconde détection de cette anguille correspond à la détection de l’intérieur du second brin et enfin la troisième ligne de détection correspond à la détection totale du second brin. La durée de cette dernière ligne (1.80s) suggère encore une vitesse lente. La durée relativement longue du passage de cette anguille peut également être interprétée par un déplacement en diagonale le long de l’antenne. C’est également logique de penser qu’à faible débit, une anguille jaune prospecte et se déplace plus lentement qu’une anguille argentée en dévalaison lors de débits plus importants en hiver. Le taux de lecture du coffret devra (peut-être) être paramétré en conséquence.
Les tests effectués avec des animaux in situ ont été réalisés à une échelle moindre (4 individus) afin uniquement de vérifier le bon fonctionnement de l’antenne lors de sa construction et mise en place sur le site. Les animaux détectés sont les plus petits c’est-à-dire avec un tag de 23mm.
Les tags de 23mm ont une détection plus faible que ceux de 32mm, c’est-à-dire que les tags de 32mm devraient être alors automatiquement détectés par l’antenne dans des hauteurs d’eau similaire. On peut donc estimer que ces premiers tests ont été concluants.
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E. Conclusion :
1) Bilan du stage et perspectives :
Les tests étant probants et l’antenne étant opérationnelle, cette étude a pu permettre d’établir un protocole pour la fabrication d’une large antenne horizontale de près de 20 m, fixée sur le fond du cours d’eau et traversant la totalité de celui-ci. Ce travail, innovant en France, a ainsi permis d’acquérir les bases et la pratique pour la mise en place de plusieurs autres antennes de détection indépendantes le long de l’axe d’étude choisi. A terme, cette étude permettra de suivre les déplacements d’anguilles jaunes à une plus grande échelle, le sens de ces déplacements et puis de définir les périodes de déclenchement de la migration de dévalaison de l’anguille au stade argenté.
Avec ces données couplées à des sondes de turbidité, de conductivité, de courant et de hauteur d’eau (débit), on pourra être informé des conditions de déplacement et de migration. On pourra mettre cela en relation avec les cycles lunaires, notamment les nuits où la lune est absente favorables à la dévalaison de l’espèce, comme le montrent de nombreuses études sur le sujet.
Malgré tout, l’antenne atteint ses limites lorsque la rivière est en crue par exemple avec des hauteurs d’eau qui vont dépasser les distances de détection de l’antenne. Il faudra alors chercher des solutions dans ce sens. Un point sera également à approfondir sur les moyens de charge des batteries. A ce sujet, différents angles sont possibles comme l’utilisation d’une pico turbine ou d’un panneau photovoltaïque pour alimenter le système commutant les deux batteries, car comme l’étude l’a montré un branchement directement sur secteur n’est pas réalisable. Pour conclure, voici ci- dessous une vue après installation et calibration de l’antenne qui nous a permis de détecter sur ce secteur relativement large nos premières anguilles jaunes pit-taguées.
Figure 14 : Photo de l’antenne RFID sur la Dronne
2) Bilan personnel :
Ces huit semaines de stage à IRSTEA ont été pour moi une première expérience professionnelle dans le milieu auquel je me destine. Ce stage m’a donc dans un premier temps permis de connaître le monde du travail mais également le fonctionnement d’un centre de recherche public. Dans un second temps, j’ai eu la chance de pratiquer de nombreuses missions sur le terrain et donc de pratiquer différentes manipulations et activités en extérieur. J’ai tout d’abord participé à la mise en place de piège destiné à capturer des civelles, puis à quelques journées de pêche électrique qui m’ont appris la reconnaissance de quelques poissons de rivière ainsi qu’à faire leurs biométries et donc manipuler de nombreux poissons mais aussi des écrevisses (avec précaution).
Lors de la fabrication de l’antenne, j’ai pu mettre en pratique des qualités plutôt manuelles et endurcir mon corps avec l’utilisation de la masse pour planter des piquets servant à maintenir l’antenne. Ces différentes missions m’ont permis de découvrir différents milieux comme la réserve naturelle nationale des prés salés d'Arès et de Lège-Cap-Ferret, la rivière de la Dronne ou des ouvrages infranchissables comme sur la commune du Pas-du-Bouc et de Langouarde. Mais également les différents acteurs qui animent nos rivières comme les agents de l’ONCFS, de l’ONEMA et de la Fédération de pêche. Enfin en dernier lieu, j’ai beaucoup emmagasiné de connaissance, grâce à mes responsables de stage et à l’équipe, sur un sujet qui m’était au début relativement inconnu comme le comportement de l’anguille, le système RFID et sur les poissons en général.
Cette première expérience dans la recherche en éco-ichtyologie été véritablement enrichissante, et constitue un plus indéniable pour la suite de mon parcours.
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F. Bibliographie
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Annexes
Position du test le long de l’antenne
Distance de détection
Pit-tag de 23mm Pit-tag de 32mm
Brin 1 Brin 2 Brin 1 Brin 2
Rive gauche (h=0.25)
Hauteur 0.52-0.53 0.53 0.76 0.79
Intérieur Extérieur Milieu
(h=0.45)
Hauteur 0.53-0.54 0.53 0.86 0.77
Intérieur 0.13 0.23
Extérieur 0.20 0.21
Rive droite (h=0.30)
Hauteur 0.54 0.52 0.85 0.84
Intérieur Extérieur
Annexe 1 : Tableau récapitulatif des données de tests de détection pour une antenne de 18x1m après montage définitif
Aspect Physique
Longueur LT (mm)
Longueur pectorale (mm)
Diamètre œil (mm) Nageoire pectorale (mm) Présence corpuscule noir
Contrast couleur tégument
Classification Durif
ang horiz.
(largeur)
vertic.
(hauteur)
Indice
oculaire IO Longueur pect
Iln (Lpect/Lt)
Oui = 1 NON = 0
Oui = 1 NON = 0
Codif. IO (Acou)
Indice
Jaune Indice Arg Classif Durif
indicateur Acou
Classif Acou
1 726,0 33,7 8,6 7,0 6,58 6,58 33,73 4,64600551 0 1 1 41,6506598 39,5726774 J 2 J
2 523,0 23,7 5,4 5,4 4,34 4,34 23,69 5,096096096 0 0 0 39,6300131 34,3687263 J 0 J
3 506,0 20,3 4,3 4,0 2,67 2,67 20,3 4,685962373 0 0 0 29,5211828 19,5975337 J 0 J
4 351,0 14,7 2,9 3,6 2,34 2,34 14,69 4,185185185 0 0 0 22,7279868 10,6239385 J 0 J
Annexe 2 : Biométrie des anguilles marquées par pit-tag et leurs degrés d’argenture
Annexe 3 : Illustrations des étapes de la pose du pit-tag
