Bruit marin dans l'océan Austral

L’océan n’est pas un endroit tranquille. Il abrite une myriade de sons qui proviennent non seulement de l’océan lui-même et de sa faune, mais il contient aussi des sons provenant de sa surface et du fond. Ces sons se propagent dans l’eau de mer. Les sources sonores naturelles sont par ailleurs diverses et comprennent d’abord la géophonie c’est à dire les bruits provoqués par le vent qui souffle sur l’eau de mer et sur la glace, les précipitations sur la mer ou la glace de mer, les vagues déferlantes, les volcans sous-marins, les tremblements de terre et les glissements de terrain, ainsi que la rupture de la glace. Les sources sonores biotiques dont l’ensemble forme la biophonie comprennent les bruits produits par les invertébrés , les poissons, les sifflements des dauphins, le cliquetis des baleines à dents, le chant des phoques et des baleines à fanons.

Les sources et les niveaux de bruit sous-marin varient en fonction du lieu, de l’heure, de la saison et des fréquences sonores caractéristiques de ce bruit. Les paysages acoustiques sous-marins autour de l’Antarctique présentent une grande variabilité spatio-temporelle, en raison des changements saisonniers de la glace de mer. La couverture de glace peut atténuer le son entre quelques hertz et 500 Hz, mais aussi ajouter du son dans cette bande de fréquence, en particulier le long de la lisière de la glace. Le son de la glace peut être à la fois tonal (frottement des icebergs) et pulsé (craquement de la glace). Le vent qui souffle sur la haute mer et sur la glace mince génère un son sous-marin continu et à large bande de quelques dizaines de hertz à 20 kHz. La mégafaune marine émet des appels uniques (qui durent quelques secondes), des sons arrangés en chants (qui durent de quelques heures à quelques jours) et des chœurs (lorsque plusieurs appels et/ou de chants se chevauchent jusqu’à élever le spectre sonore ambiant dans la bande de fréquence correspondante). La mégafaune vocalisante comprend les baleines bleues de l’Antarctique (Balaenoptera musculus intermedia ; 18-27 Hz), les rorquals communs (B. physalus ; 15-30 Hz et 90-100 Hz), les petits rorquals de l’Antarctique (B. bonaerensis ; 100-300 Hz), le phoque de Weddell (Leptonychotes weddelli ; 100 Hz – 15 kHz) et le phoque léopard (Hydrurga leptonyx ; 50 Hz – 6 kHz)^{1, 2}. Et si les baleines ne sont présentes que pendant l’été austral, les phoques sont présents toute l’année.  

Au cours des dernières décennies, l’océan Austral a été de plus en plus soumis au bruit anthropique des navires de croisière, des navires de recherche, des bateaux de pêche, des sonars, des canons à air sismique et de la construction occasionnelle de stations de recherche et de quais. Toutes les régions de l’Antarctique n’ont pas été touchées de la même manière. C’est plutôt la côte Pacifique Sud de l’Antarctique (entre la mer de Ross et la péninsule Antarctique) qui est la plus visitée³. Par ailleurs, le trafic maritime n’a cessé d’augmenter ces dernières années, même s’il n’existe pas de routes maritimes internationales dans l’océan Austral. La présence de navires de tourisme (mesurée en jours-navire) est plus de deux fois supérieure à celle des navires de pêche, et trois fois supérieure à celle des navires de recherche ces dernières années. Le nombre de voyages en bateau de tourisme a triplé entre 1999 et 2019 et continue d’augmenter (voir les résumés des données dans³). L’activité des navires de recherche a également augmenté, tandis que celle des navires de pêche est restée plus stable. Les navires touristiques sont limités à l’été austral, et c’est également la saison de pointe pour les navires de recherche et les navires de service (c’est-à-dire les brise-glaces desservant les stations de recherche). Les navires de pêche sont présents toute l’année, en dehors des glaces de mer, donc à une latitude plus basse en hiver. 

Le bruit des navires est dû à la cavitation des hélices ainsi qu’aux bruits des moteurs et des machines qui sont transmis à l’eau par la coque. Le bruit émis est alors à large bande (10 Hz-20 kHz) et il sera continu. Les brise-glaces génèrent également du bruit lorsqu’ils brisent la glace. Les navires de recherche sismique remorquent une série de canons à air qui libèrent de manière répétée de l’air sous haute pression dans l’eau, créant une série d’impulsions acoustiques aiguës (5 Hz – 20 kHz, toutes les 5 à 20 s). Précisons que les études sismiques marines sont utilisées pour étudier la croûte terrestre, sa structure et sa géologie. Tous les navires sont équipés d’échosondeurs pour la navigation qui émettent un ping acoustique (>10 kHz) à une fréquence de quelques secondes³. Le niveau reçu dépend d’un certain nombre de facteurs, tels que la bathymétrie (peu profonde, inclinaison de la pente du fond ou profonde), la géologie du fond marin (propriétés édaphiques du fond), les profils de température et de salinité de la colonne d’eau, la profondeur à laquelle le récepteur est situé et, bien sûr, la distance à la source⁴. Dans de bonnes conditions, le son d’un navire peut se propager sur des centaines de kilomètres⁵ et des études sismiques ont été enregistrées à des milliers de kilomètres de distance⁶. Dans l’océan Austral, le son peut se propager sur de longues distances (des centaines de milliers de kilomètres^{7, 8}) car les eaux froides de surface créent un conduit favorable en surface, tandis que la bathymétrie profonde empêche la perte d’énergie acoustique à basse fréquence. Par conséquent, le bruit marin de l’Antarctique peut avoir un impact sur la faune marine loin de la source sonore (figure 1). 

Le bruit sous-marin peut affecter la faune marine de différentes manières, depuis les impacts aigus transitoires à chroniques. Le bruit sous-marin peut modifier la biologie des animaux depuis leur comportement jusqu’à leur physiologie. Dans les cas extrêmes, les sources de bruit intense, telles que les grands réseaux sismiques ou les explosions sous-marines, peuvent provoquer des blessures immédiates, voire la mort, en particulier chez les petits animaux planctoniques⁹. Parmi les autres impacts aigus sont listés la perte d’audition, mais aussi les changements soudains de comportement et le stress, qui peuvent avoir des conséquences sur la santé de l’animal.

La perte auditive due au bruit peut être soit temporaire (c’est-à-dire un déplacement temporaire du seuil, TTS), soit permanente (c’est-à-dire un déplacement permanent du seuil, PTS). Étant donné l’importance du son pour de nombreux animaux marins, la déficience auditive peut affecter la communication acoustique, la navigation, la recherche de nourriture, la reproduction et d’autres fonctions également vitales. Un phoque commun captif (Phoca vitulina) a fait l’objet d’une expérience de 8 dB de STP (non récupéré après plus de 10 ans) après avoir été exposé à un bruit de 4 kHz à 181 dB re 1 µPa et 199 dB re 1 µPa2s, ressemblant à un sonar militaire à courte portée¹⁰. Une exposition aiguë au bruit peut entraîner soit une STT soit une STP, selon le niveau d’exposition. Les STP peuvent également se produire après une exposition chronique à un bruit de moindre intensité.

Les effets chroniques peuvent être impactant à l’échelle d’une population animale. Le bruit chronique peut contraindre des animaux à quitter leur habitat. Le déplacement est souvent considéré comme une réponse adéquate à une pollution sonore. Son impact est alors négligé puisque les animaux se déplacent simplement vers des régions plus calmes. Toutefois, les animaux choisissent des habitats pour des raisons écologiques et il n’y a peut-être pas de solutions de rechange appropriées. Des poissons ou des baleines reviennent de façon saisonnière dans des habitats essentiels à leur survie tels que les zones d’alimentation et de reproduction. Certaines baleines migratrices ingèrent une part importante de leur consommation alimentaire annuelle lorsqu’elles se trouvent dans leurs zones d’alimentation Antarctique¹¹, mais la période pendant laquelle elles peuvent se nourrir est très limitée (environ trois mois). Des études sismiques à grande échelle, d’une durée de quelques semaines à quelques mois, ont montré qu’elles imposent le déplacement des rorquals communs dans l’Atlantique Nord ; cependant, ces animaux sont revenus après la fin de l’étude sismique¹².

Le bruit peut également affecter le comportement acoustique (c’est-à-dire la production et l’utilisation des sons). L’augmentation du bruit chronique à basse fréquence provenant du transport maritime a probablement entraîné le déplacement permanent des vocalisations des baleines franches (Eubalaena sp.) vers des fréquences plus élevées¹³. Les baleines boréales (Balaena mysticetus ; une espèce de l’Arctique) ont augmenté à la fois leur taux et leur niveau de vocalisation en lien avec une augmentation du bruit naturel et provenant de relevés sismiques¹⁴; cependant, un seuil a été atteint, au-delà duquel les deux méthodes de compensation vocale ont commencé à échouer, entraînant une diminution du taux de vocalisation et un espace de communication réduit.

Enfin, il a été démontré que les oursins (Arbacia lixula¹⁵), les poissons (par exemple, le tilapia du Nil, Oreochromis niloticus¹⁶) et les baleines sont sensibles au stress induit par le bruit. Les niveaux d’hormones de stress glucocorticoïdes ont chuté chez les baleines franches pendant une période de réduction du bruit des navires¹⁷. Bien qu’une augmentation temporaire des hormones de stress ne soit pas préjudiciable (elles provoquent une réaction de lutte ou de fuite pour échapper à la menace), des niveaux élevés prolongés peuvent affecter les fonctions immunitaires et reproductives.

On comprend actuellement très peu les effets du bruit lorsque d’autres facteurs de stress, non acoustiques (par exemple, la pollution chimique ou l’épuisement des proies) sont considérés. Nous ne savons pas si le bruit peut contribuer à des interactions synergiques avec d’autres forçages anthropiques (c’est-à-dire si les effets de deux ou plusieurs facteurs de stress sont plus importants que la somme de leurs effets individuels). Les animaux peuvent être plus sensibles au stress acoustique en présence d’autres stresseurs. De multiples facteurs de stress peuvent conduire à un point de basculement où l’on peut alors observer les impacts du bruit ; cela peut s’appliquer en particulier au stress thermique¹⁸, auquel de nombreuses espèces de l’Antarctique peuvent être de plus en plus vulnérables¹⁹.

Table 1: Exemples d’impacts du bruit sur les espèces marines présentes dans l’océan Austral (* ou espèces similaires, non antarctiques). Ce tableau n’inclut pas les études montrant l’absence d’impact.