Le suivi acoustique passif

0. Suivi acoustique passif 101

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Qu’est-ce qu’un suivi acoustique passif ?

Définition

Méthode de suivi de la biodiversité basé sur des enregistrements audio faits par des enregistreurs autonomes, qui peuvent être laissés sur le terrain pendant plusieurs jours à plusieurs mois sans surveillance.

Source

Bradfer‐Lawrence, T., Buřivalová, Z., & Dent, D. (2025). Deriving meaning from acoustic data in hyper-diverse ecosystems. Trends in ecology & evolution. https://doi.org/10.1016/j.tree.2025.03.004.

C'est quoi un son?

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Un son, c’est une vibration qui se propage dans un milieu (l’air ou l’eau par exemple).

Cette vibration peut être produite par le mouvement d’un objet (une corde de guitare, une membrane de tambour).

En bougeant dans le milieu, cet objet crée un alternance de pressions et de dépressions dans le milieu.

Ce sont ces variations de pression qui se propagent et qui sont captées par nos oreilles ou par les microphones de nos enregistreurs passifs.

Le code

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Du design du suivi, jusqu’aux analyses statistiques, en passant par traitement des données acoustiques le suivi acoustic passif nécessite du code.

Pour assurer la reproductibilité des analyses, il est important de rendre accessible les scripts utilisés.

Plusieurs solutions existent pour gérer la sauvegarde et le partage de code. La plupart se basent sur Git.

Git

Git est un logiciel permettant la gestion de versions de documents au format texte (.txt, .csv, .R, .py etc…).

Matériel

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L’outil de base du suivi acoustique passif est l’enregistreur autonome.

Il s’agit d’un appareil électronique programmable composé d’un système de capture du son, d’un système d’alimentation électrique et d’un système de stockage des données.

Programmation des enregistrements

L’intérêt de l’enregistreur autonome repose principalement sur la possibilité de pouvoir le programmer. L’interface de programmation est différente selon les constructeurs et les modèles mais les options restent similaires.

Il est généralement possible de programmer la fréquence et la durée des périodes d’enregistrement, mais aussi de baser les périodes sur le lever et coucher du soleil.

Objectifs de l'étude

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Pourquoi choisir de mettre en place un suivi acoustique passif ?

À quelles questions cela permet-il de répondre ?

1. Étudier une population

Un suivi acoustique passif peut permettre de répondre à différentes questions relatives à une espèce d’intérêt.

Détecter la présence

Les possibilités de couverture spatiale et temporelle, le caractère non invasif et la capacité à détecter des espèces difficilement observables autrement sont des atouts importants de l’utilisation du suivi acoustique passif pour la détection d’espèces.

Avantages et limites

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Pourquoi est-ce utile d’utiliser le suivi acoustique passif ?

Dans quel contexte cela n’est pas pertinent ?

Avantages

Suivi autonome
Méthode non invasive
Suivi à long terme
Suivi d’espèces discrètes
Diversité des environnements

Limites

Nécessite que les espèces produisent des sons
Nécessite que les sons produits soient liés à la problématique

Le spectrogramme

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Oscillogramme

Les sons que l’on enregistre sont des signaux complexes, composés de différentes fréquences et amplitudes. La représentation la plus simple est celle de la forme d’onde, qui affiche la pression en fonction du temps.

Code

t = seq(0, 0.4, 0.00001)
Fs = 1 / 0.00001
f1 = seq(100, 500, length.out = length(t))
s1 = sin(2*pi * f1 * t)
f2 = seq(800, 600, length.out = length(t))
s2 = sin(2*pi * f2 * t)
s3 = sin(2*pi*300*t)
signal = s1 *seq(0.3,0,length.out = length(t))+ s2*seq(0,0.4,length.out = length(t)) + 0.5*s3
plot(t, signal, type="l",xlab="Temps (s)",ylab="Amplitude")

Spectrogramme

Pour faciliter la visualisation des fréquences et amplitudes composant un signal, on utilise un spectrogramme.

On affiche trois éléments en même temps:

Les sons

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Pour sauvegarder et partager des fichiers audio, il existe deux solutions principales.

Dépôts en ligne

Pour héberger des volumes conséquents de données associées à une étude spécifique, il est souvent possible d’utiliser des services de stockage génériques. Ces services permettent généralement d’associer un DOI au je de données, ce qui facilite le référencement.

Zenodo
Borealis (Canada)

Sites spécialisés

Certains sites web se sont spécialisés dans la collecte de données naturalistes, et en particulier de sons. Si vos données sont associées à des espèces (grâce à une annotation manuelle par exemple) cela peut être intéressant de les déposer sur ces services.

Réglages des enregistreurs

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Lors de la programmation d’un enregistreur, il est généralement nécessaire de spécifier certains paramètres acoustiques. Ces paramètres définissent la façon dont le micro de enregistre la pression sonore.

Gain

Le gain est une constante par laquelle l’enregistreur multiplie la puissance du signal reçu. Cela peut permettre d’augmenter la puissance de signaux faibles ou diminuer la puissance de signaux trop forts.

Même si cela peut être tentant d’augmenter le gain pour obtenir des signaux plus forts, cela entraîne généralement une augmentation du bruit et diminue ainsi la qualité des enregistrements.

Les données

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Données acoustiques

Métadonnées

Plan de gestion des données

Numériser le signal

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Une onde sonore peut être représentée par un signal sinusoïdal.

Code

x = seq(0,4,0.01)
y = sin(2*pi*x)
plot(x,y,type="l",xlab="Temps", ylab="Pression")

Ce signal corespond aux variations de pression au cours du temps dans du milieu de propagation du son.

Ce signal est dit analogique car il varie continuellement au cours du temps.

Pour traiter ce signal avec des appareils numériques, on ne peut pas le garder sous cette forme. On doit créer un signal numérique.

Pour cela on doit discrétiser le signal sur le temps et sur l’amplitude.

Les outils

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Les approches

Réseaux de neurones

Les volumes de données produits par un suivi acoustique passif peuvent être très conséquents, notamment sur des suivis à long terme. L’analyse manuelle de la totalité de ces enregistrements est souvent impossible.

Le développement de l’intelligence artificielle et notamment des réseaux de neurones profonds a permis la conception d’outils informatiques utiles pour le traitement des gros volumes de données. Il existe désormais des outils tels que BirdNET et YOLO dont les interfaces ne demandent pas de trop grandes compétences en informatique.

Gestion de la batterie

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Évolution de la tension

Effet de la température

Les biais

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Le type d’analyses statistiques à effectuer dépend de la question de recherche donc nous n’allons pas ici entrer dans le détail des différentes analyses, mais simplement mentionner des points à garder en tête pour vos analyses.

Non-indépendance des données

La non-indépendance des données est rarement prise en compte dans les analyses statistiques faites sur les données issues de suivis acoustiques passifs. Pourtant, il y a souvent autocorrélation temporelle et spatiale entre les enregistrements issus de ces études, due au fait qu’un même enregistreur produise différents enregistrements et que plusieurs enregistreurs peuvent être présents sur un même site.

Écoacoustique et paysages sonores

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Qu’est-ce que l’écoacoustique ?

Définition :
L’écoacoustique est une discipline qui utilise les sons de l’environnement (le paysage_sonore) pour étudier la biodiversité et les écosystèmes. L’écoacoustique se distingue de la bioacoustique car elle considère le son dans un contexte de processus écologiques plutôt que comme simple signal de communication.

Les indices acoustiques sont les principaux outils utilisés en écoacoustique.

Source

Sueur, J. & Farina, A. (2015). Ecoacoustics: the Ecological Investigation and Interpretation of Environmental Sound. Biosemiotics, 8, 493–502.

Ressources

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Documents

Audio

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Google Colab

Google Colab est un service permettant d’éxécuter du code (R, Python) sur un ordinateur à distance.

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