Les sonars militaires peuvent avoir un effet sérieux sur certains animaux marins. Les bruits naturels produits par la vie marine pourraient-ils être utilisés pour localiser les menaces sous-marines ?

Des squelettes de baleines montent la garde autour de la côte de Fuerteventura dans les îles Canaries, un rappel brutal des effets néfastes des sonars militaires. On pense que le sonar des navires et des sous-marins est l’un des facteurs contribuant aux échouages ​​de baleines, confondant le propre sonar des baleines et les obligeant à s’échouer sur le rivage.

Cependant, cette technologie hostile aux baleines pourrait bientôt avoir un rival. Lori Adornato, chef de projet à l’agence de recherche militaire américaine Darpa , pense que nous pourrions détecter les sous-marins en accordant plus d’attention au son naturel qu’en émettant des impulsions de sonar.

« Pour le moment, nous traitons tout ce son naturel comme un bruit de fond, ou une interférence, que nous essayons de supprimer », explique Adornato. « Pourquoi ne profitons-nous pas de ces sons, voir si nous pouvons trouver un signal ? »

Son projet, Persistent Aquatic Living Sensors (Pals), écoute clandestinement les animaux marins pour détecter les menaces sous-marines. Les bouées sonar largables actuelles – déployées par l’armée pour détecter l’activité sous-marine ennemie – ne fonctionnent que pendant quelques heures sur une petite zone en raison de la durée de vie limitée de la batterie. 

Le système Pals pourrait plutôt couvrir une vaste région pendant des mois. Il pourrait fournir un moyen quasi constant de surveiller les côtes et les canaux sous-marins. Adornato dit que les espèces vivant dans les récifs sur lesquelles on peut compter pour rester au même endroit sont probablement les meilleures sentinelles.

« Vous voulez vous assurer que votre organisme sera toujours là », explique Adornato.

Pals parraine plusieurs équipes qui étudient différentes approches utilisant des espèces de récifs très différentes.

Laurent Cherubin est le chercheur principal de l’ équipe Grouper Guard de la Florida Atlantic University, qui travaille avec des mérous géants . Ces poissons, qui peuvent peser jusqu’à 300 kg, sont courants dans les eaux américaines et produisent des cris bruyants pour dissuader les intrus.

« C’est un boom fort et à basse fréquence », explique Cherubin. « Ils sont territoriaux et exploseront à tout intrus sur leur territoire. »

Un mérou en plein essor peut être détecté à 800 m, bien que tous les bangs ne signifient pas un contact. En plus des cris d’alerte spécifiques aux intrus et aux prédateurs, le répertoire du mérou comprend des sons de parade nuptiale pour attirer les compagnons, des cris menaçants lors de l’implantation d’un territoire, et d’autres sons dont le but reste un mystère.

L’équipe se concentre sur les appels d’alerte, un peu comme écouter un chien de garde qui aboie après des intrus, dit Cherubin. Distinguer ces appels des autres n’est pas facile, c’est pourquoi l’équipe a mis en place des algorithmes d’apprentissage automatique. Ceux-ci ont été formés en écoutant un catalogue de milliers d’enregistrements jusqu’à ce qu’ils puissent distinguer et classer différents cris de mérou.

L’algorithme peut ensuite être transformé en logiciel qui s’exécute sur un processeur petit mais puissant intégré dans un microphone ou un hydrophone sous-marin. Un réseau de ces hydrophones peut couvrir un récif, écouter les appels des mérous et les suivre lorsque la cause se déplace d’un territoire de mérou à un autre.

Taper des conversations sur les poissons peut sembler bizarre; en revanche, le travail de l’équipe Pals chez l’entrepreneur de défense Raytheon ressemble beaucoup plus à un sonar anti-sous-marin traditionnel. Il a cependant une torsion.

« Nous essayons de détecter les échos qui sont créés lorsque les claquements de crevettes se reflètent sur les véhicules », explique Alison Laferriere, scientifique de Raytheon. « De la même manière qu’un système de sonar traditionnel détecte les échos du son généré par sa source. »

Un lit de crevettes croquantes émet un rugissement régulier que Laferrière compare à la friture de bacon

En d’autres termes, il fonctionne comme les autres sonars normaux mais en utilisant le bruit produit par les crevettes plutôt que des pings artificiels. 

Les crevettes cassantes, également connues sous le nom de crevettes pistolets, ont été qualifiées de créatures les plus bruyantes sur Terre. Ils font leur claquement distinctif en fermant leurs pinces si rapidement qu’ils créent une bulle de vide qui s’effondre dans une explosion de plasma mesurant des milliers de degrés . Cela produit un flash de lumière et une onde de choc suffisamment puissante pour étourdir une proie.

Les crevettes se cassent aussi pour communiquer entre elles. Un lit de crevettes croquantes émet un rugissement régulier que Laferrière compare à la friture de bacon.

« Le signal créé par une crevette pistolet est de très courte durée et incroyablement large bande », explique Laferrière. « Un seul claquement de crevette est beaucoup plus silencieux qu’une source de sonar traditionnelle, mais il peut y avoir des milliers de claquements par minute. »

Laferrière dit que le son varie avec l’heure de la journée et la température de l’eau, mais une colonie de crevettes n’est jamais calme.

« L’un des plus grands défis auxquels nous avons été confrontés est de gérer l’énorme quantité de bruit créé par les crevettes elles-mêmes et les réflexions de tous ces sons sur la zone environnante », explique Laferrière.

L’interprétation de ces réflexions est particulièrement difficile car, contrairement au sonar traditionnel, l’emplacement de la source sonore est inconnu. 

Encore une fois, la solution est livrée avec un logiciel moderne. L’équipe de Laferrière a développé des algorithmes intelligents pour analyser le son et sélectionner un seul claquement, en calculant d’abord l’emplacement de la crevette, puis en déterminant le chemin emprunté par le son réfléchi et en déduisant enfin où il a été réfléchi.

Pour donner un sens au son de retour, l’équipe de Laferrière a dû créer des modèles informatiques pour déterminer quels échos provenaient d’objets d’arrière-plan fixes et pouvaient être ignorés. 

En soustrayant ces points saillants des objets se déplaçant dans l’environnement – il peut s’agir de poissons, de sous-marins ou de véhicules sous-marins sans pilote.

Un écosystème de capteurs vivants dispersés flottant en permanence est attrayant en principe – Sidharth Kaushal

Encore une fois, la solution finale sera un ensemble d’hydrophones intelligents avec informatique embarquée, capables de traiter les sons des crevettes et de déterminer l’emplacement de toutes les cibles d’intérêt dans la zone.

D’autres équipes de Pals ont suivi des approches similaires. Les chercheurs de Northrop Grumman travaillent sur un autre système de sonar à base de crevettes et une équipe de la Marine étudie les sons généraux des récifs et la façon dont les intrus les dérangent. 

Tous promettent un réseau de capteurs cyborg couvrant de vastes zones pendant de longues périodes, la plupart du matériel étant fourni par la nature. Seuls les hydrophones auraient besoin d’être remplacés ou réparés.

« L’approche de la Darpa constituerait une véritable percée majeure – si elle était réalisée », déclare Sidharth Kaushal, spécialiste de la guerre navale au sein du groupe de réflexion britannique sur la défense RUSI. « Un écosystème de capteurs vivants dispersés flottant en permanence est attrayant en principe. »

En principe, mais pas nécessairement en pratique. Kaushal est douteux car les projets précédents utilisant la vie marine pour détecter les sous-marins n’ont pas abouti. Les sous-marins allemands ont parfois été repérés par leur effet sur le plancton bioluminescent, qui émet une lueur brillante lorsqu’il est dérangé ; un pendant la Première Guerre mondiale aurait même été coulé grâce à l’effet. 

Mais les tentatives ultérieures d’utiliser l’effet plus largement, avec des capteurs spéciaux recherchant des sources de lumière sur une large zone, ont fait peu de progrès.

« Les efforts de la guerre froide, tant par les Soviétiques que par les Américains pour les utiliser de manière systématique, n’ont abouti à rien », déclare Kaushal. « En partie car ils n’avaient aucun moyen de différencier les faux positifs, comme la réaction d’une baleine qui passe, de la réalité. »

Il reste à voir dans quelle mesure Pals peut distinguer un sous-marin d’un requin. Adornato pense que la combinaison d’organismes marins et d’algorithmes intelligents modernes fournira un « avertissement de déclenchement » fiable, pour guider les chasseurs de sous-marins plus traditionnels pour vérifier un éventuel intrus.

Pals a déjà terminé sa phase de faisabilité initiale, et les développeurs travaillent maintenant sur une deuxième étape pour démontrer à quel point leurs solutions fonctionnent lors de tests contrôlés cet été. Adornato dit que les technologies développées pour Pals pourraient également être utilisées pour la recherche scientifique, en surveillant les récifs et autres environnements sous-marins avec une poignée de capteurs.

L’écoute des sons émis par la vie marine normale donnerait aux chercheurs un moyen peu coûteux et respectueux de l’environnement de suivre l’impact des activités humaines sous l’eau

« Ces systèmes d’observation à faible impact peuvent être déployés dans de nombreux environnements différents sans perturber l’écosystème que la nature a établi », explique Adornato.

S’accorder aux sons émis par la vie marine normale et apprendre comment ils changent donnerait aux chercheurs un moyen peu coûteux et respectueux de l’environnement de suivre l’impact des activités humaines sous l’eau. 

Cela serait utile pour des projets tels que les parcs éoliens offshore, le forage pétrolier et l’exploitation minière des fonds marins. Tout ce que nous avons à faire est d’écouter la nature.

Le projet se concentre sur les espèces qui sont communes dans les eaux territoriales américaines, il ne serait donc pas nécessairement facile de le déplacer vers d’autres régions. Cependant, la technologie en général peut être plus largement applicable.

Pals a terminé la première phase, qui était une étude de faisabilité pour les deux approches différentes consistant à écouter comment les espèces de récifs réagissent aux intrus et à capturer des crevettes au sonar.

 Adornato espère effectuer des tests sur le terrain en 2023. Après cela, en cas de succès, la technologie serait transférée aux utilisateurs (initialement l’US Navy) pour être développée dans un système de production.

Après cela, nous pourrions voir un changement radical dans la détection des sous-marins, sans plus de victimes de baleines causées par le sonar. Plutôt que d’être une menace pour la faune, les chasseurs de sous-marins pourraient commencer à travailler en partenariat avec le monde naturel, au profit des deux.

(Source : BBC)