PhD student in Acoustics applied to the study of marine organisms M/F - Locmaria-Plouzané, France - CNRS

Description

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant en Acoustique appliquée à l'étude des organismes marins H/F
Référence : UMR7294-SYLJOV-018
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : LOCMARIA PLOUZANE
Date de publication : mercredi 15 mai 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel
Section(s) CN : Système Terre : enveloppes superficielles

Description du sujet de thèse

Intitulé : Des Ondes pour compREndre la dynamique du MIcronecton (DOREMI)

Domaine et thématiques scientifiques : Ce sujet de thèse relève de plusieurs domaines : acoustique sous-marine, traitement du signal, écologie et biologie marines, psychoacoustique, informatique pour l'audio, Arts & Sciences (musique).

Présentation détaillée du projet de recherche (+aspect coopératif)
CONTEXTE SCIENTIFIQUE
Les organismes du micronecton jouent un rôle essentiel dans les zones mésopélagiques de l'océan mondial. Proies des prédateurs supérieurs marins (thons), ils sont des acteurs majeurs du cycle des nutriments et de la séquestration du carbone[1]. Chaque jour, ils effectuent des migrations nycthémérales sur des centaines de mètres. Ce mouvement très dynamique dans les phases crépusculaires est observé dans tous les océans, mais les patrons varient considérablement dans l'espace et le temps. Ces déplacements sur la verticale et l'activité métabolique associée (alimentation en surface la nuit et métabolisation en profondeur le jour) ont des conséquences importantes sur la pompe biologique à carbone[2][3].
L'acoustique active (sondeurs de coque mono- ou multifréquences) permet d'étudier les dynamiques migratoires en caractérisant la distribution des couches diffusantes à très haute résolution mais des verrous persistent (distinction des espèces et même des taxons). Les méthodes traditionnelles invasives basées sur les chalutages sont sélectives et sous-estiment la biomasse[4]. Dans la détection par ultrasons des organismes dans la colonne d'eau, la composante fréquentielle du signal est déterminante sur les types et tailles des cibles détectées[5]. Depuis quelques années, les progrès technologiques permettent de déployer des profileurs acoustiques large bande autonomes (Wide Band Autonomous Transceiver, WBAT et WBTTUBE connecté au bateau) au plus près des couches diffusantes, accroissant de fait la résolution spatiale de la mesure et permettant l'acquisition des signatures fréquentielles de cibles individuelles, complétant ainsi les informations des sondeurs de coque[6].
Les données pour ce projet ont été acquises dans le cadre de la campagne et de l'ANR APERO, au moyen de 2 dispositifs complémentaires de ce type, l'un placé dans des couches diffusantes profondes et l'autre dans les couches lors de leurs migrations. Les organismes migrants et non migrants seront ainsi étudiés par l'analyse acoustique des réponses en fréquences et également par celle des échantillonnages au chalut. Mais le caractère innovant du projet repose sur l'exploration et l'analyse des données acoustiques au travers de leur sonification[7], c'est-à-dire la transformation des ultrasons en son audible pour permettre au scientifique une exploration et une analyse « à l'oreille » des données, dont la richesse fréquentielle est souvent difficile à rendre visuellement. Des collaborations avec des artistes et des étudiants ont déjà permis de réaliser des premières tentatives de sonification[8]. Il s'agit dans ce projet de thèse de développer conjointement une approche scientifique et musicale de la sonification des données acoustiques collectées lors du programme APERO.

OBJECTIFS
(1) Quantifier les dynamiques verticales des migrations nycthémérales du micronecton
Associées aux données du sondeur de coque qui apporte l'image globale des migrations sur la colonne d'eau, les données large bande des profileurs sur les cibles individuelles permettront de mieux caractériser les migrations, la chronologie des phases de transitions crépusculaires pour la fraction migrante, les vitesses des organismes par suivi des cibles, les profondeurs atteintes, la densité dans les couches à fine échelle. Les résultats obtenus viendront nourrir et calibrer un modèle de migrations développé dans le cadre d'une thèse déjà financée (H. Thibault, MIO).
(2) Sonifier les enregistrements acoustiques large bande
La complexité et la quantité de données rendent l'analyse des enregistrements acoustiques large bande fastidieuse et délicate. La sonification de ces données permettrait de profiter de l'excellente acuité temporelle et fréquentielle du système auditif [9], et de sa capacité à détecter et séparer des sources multiples, y compris dans des environnements complexes et/ou fortement bruités[10]. La thèse permettra d'éprouver et d'évaluer la pertinence de cette nouvelle méthode d'analyse sonore ainsi que sa capacité à inspirer de nouvelles façons d'utiliser les outils d'analyse classiques (statistiques, traitement du signal, intelligence artificielle...).
(3) Classifier les cibles individuelles enregistrées par les profileurs acoustiques large bande et leur sonification
Les dispositifs large bande positionnés au plus près des couches, par leur faible volume échantillonné, apportent une résolution spatiale nouvelle dans les couches profondes, ce qui permet d'accéder à la détection d'individus sur lesquelles l'information fréquentielle continue est bien plus riche qu'avec des données multi-fréquentielles. Bien que déployés depuis quelques années, l'analyse des données issues de ces profileurs est loin d'être une routine, et l'exploration méthodologique pour aboutir à une classification des organismes est en plein développement dans la communauté internationale[6][11]. La thèse contribuera à ces recherches sur l'exploitation des signatures individuelles afin de caractériser la biodiversité présente dans les couches par la reconnaissance de taxons (poissons à vessie natatoire, gélatineux, crustacés, mollusques) et d'étudier leurs dynamiques respectives.

METHODOLOGIES
Lors de la campagne APERO de 2023 (N/O Thalassa), 30 acquisitions ont été réalisées avec les profileurs WBAT et WBTTUBE à des stations fixes de 40h en palier profond de jour et de nuit et pendant la migration le matin et le soir. L'analyse de ces données portera (i) sur les densités des organismes et (ii) sur la signature fréquentielle des cibles individuelles[12][13]. Le prétraitement des données sera garanti grâce à des outils mis au point en 2024. Cette thèse permettra d'aller au-delà et d'interpréter la biodiversité et les comportements migratoires en lien avec les chalutages. C'est là que le volet musical et artistique de la thèse prend également toute sa place. Les données large bande seront explorées dans le domaine audible via une sonification, en ayant recours aux technologies les plus récentes de son 3D (Ambisonic, WFS, binaural) pour placer avec précision un maximum de données tout autour de l'auditeur. Différentes façons de « sonifier » les données seront testées en collaboration avec des compositeurs professionnels. Ces sonifications seront présentées à la communauté scientifique lors de colloques mais également à la communauté artistique et au grand public lors de diverses manifestations, concerts ou installations artistiques. Outre les dimensions pédagogiques et de médiation, ces présentations de sonifications permettront d'avoir des retours concrets à la fois sur des critères esthétiques et scientifiques (intelligibilité, confort d'écoute, capacité de la sonification à attirer l'attention sur des caractéristiques importantes du signal...)[14]. L'outil d'analyse sonore développé pendant la thèse pourra ensuite être mis à disposition de la communauté sous la forme d'un logiciel « open-source », aussi bien à destination des scientifiques que des compositeurs. Cette sonification ouvre également la porte à l'utilisation d'outils d'analyse du signal audio inconnus dans la communauté scientifique des halieutes acousticiens.

Conditions scientifiques matérielles et financières du projet de recherche
- Ce projet de thèse relève de l'ANR APERO qui rassemble les UMRs LEMAR, MIO, LOV, LOCEAN, LOG, LOPS, Univ. Nantes, Stations de Roscoff et de Banyuls et compte des collaborations en Europe, Etats-Unis, Australie. Les données de la campagne APERO seront en grande partie traitées et disponibles en début de thèse et l'étudiant H/F bénéficiera des travaux préliminaires cités.

Objectif de valorisation des travaux de recherche du doctorant H/F
Publications de rang A, présentations orales et de résultats de sonification lors de colloques, d'évènements arts & sciences ou grand public (Festivals Arts'Pulseurs d'Océanopolis et RESSAC de l'UBO, Le Mans sonore)

Références bibliographiques
[1] Saba 2021 Limnol. Oceanogr. ; [2] Cotté 2022 J. Mar. Syst. ; [3] Ariza 2015 Prog. Oceanogr.
[4] Barbin 2024 Deep Sea Research I ; [5] Lavery 2007 J. Acoust. Soc. Am. ; [6] Cotter 2021 J. Acoust. Soc. Am. ; [7] Hegg 2018 Heliyon ; [8] Hendrickx 2022 Sonification d'Échogrammes : un projet Sciences & Arts. Congrès Français d'Acoustique ; [9] Moore 1995 "Hearing" Academic Press San Diego CA ; [10] McDermott 2009 Curr. Biol. ; [11] Dunn 2023 ICES J. of Mar. Sci.
[12] Bassett 2020 J. Acoust. Soc. Am. ; [13] Agersted 2021 ICES J Mar. Sci. ; [14] Hendrickx 2023 Sonification of underwater acoustic data: an art-science initiative. Forum Acusticum.

Contexte de travail

Le doctorant H/F sera positionné principalement au LEMAR en interaction étroite avec le Lab-STICC pour les objectifs (2) & (3), et avec le MIO pour les objectifs (1) & (2).

Il/Elle sera inscrit à l'Ecole Doctorale Sciences de l'environnement (ED 251) d'Aix-Marseille Université (AMU).

L'UMR LEMAR, Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin à Plouzané, est un laboratoire pluridisciplinaire ayant 4 tutelles : l'UBO, le CNRS, l'IRD et l'Ifremer. Il est l'un des 7 laboratoires de l'Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM). Ce travail de thèse s'inscrira dans le cadre de l'équipe DISCOVERY (Ecologie marine : diversité, structure, dynamique et fonctionnement des populations et des communautés) du LEMAR, en lien avec son équipe CHIBIDO (Chimie marine, cycles biogéochimiques et dynamique océanique) également impliquée dans l'ANR APERO et se fera plus particulièrement au sein de sa Plateforme Acoustique avec également l'appui de G. Roudaut. Les recherches s'effectueront aussi au sein du Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (LabSTICC) et plus particulièrement de son équipe "Perception Sonore" (PS), à l'UBO à Brest. Enfin le volet écologie et biologie plus spécifiquement du micronecton, seront assurés via la direction HDR de la thèse et le MIO (Mediterranean Institute of Oceanography, Aix-Marseille Université).

Contraintes et risques

Contraintes et spécificités du poste : La thèse sera rattachée à l'école doctorale de l'AMU, ce qui implique des dép