La provenance du son dans l’environnement aquatique

La provenance du son dans l’environnement aquatique

En milieu naturel, on reconnait deux principales catégories de sources sonores (Amoser et Ladich 2005; Tonolla et al. 2009; Slabbekoom et al. 2010; Ladich 2013, 2014). La première repose sur les éléments abiotiques du milieu tels que le courant, les turbulences, les bulles, le déplacement des sédiments, la pluie, le vent, etc. La deuxième se réfère aux sons émis par les organismes du milieu; comme le mouvement de la faune aquatique, ou encore les signaux sonores des organismes pour communiquer. L’ensemble de ces sons forme ce que l’on appelle le son ambiant (Ladich 2013). L’intensité sonore pour une plage de fréquence en dessous de 1 kHz varie fortement entre les milieux. Il a été observé que pour des habitats calmes (lacs, étangs, etc.) le son ambiant est généralement en dessous de 100 dB, voire même 70 dB (Nystuen 1986; Amoser et al. 2004; Scholz et Ladich 2006; Wysocki et al. 2007; Amoser et Ladich 2010; Spears et al. 20 Il). En revanche, l’ intensité moyenne varie autour de 100 dB à 155 dB pour les milieux bruyants (ruisseaux, torrents, fleuves) (Lugli et fine 2003; Amoser et Ladich 2005; Wysocki et al. 2007; Amoser et Ladich 2010; Tonola et al. 2011).

La propagation du son dans l’eau 

Le son peut être transmis rapidement sur de longues distances et ainsi influencer les organismes vivants du milieu. C’ est pourquoi le son ambiant représente une variable importante dans le monde aquatique (Holt et Johnston 2011 ; Purser et Radford 2011). En effet, l’onde acoustique émise dans l’eau ne se propage pas à la même vitesse que dans l’air. La vitesse d’une onde dépend principalement de la densité et de la constante d’élasticité du médium dans laquelle elle se propage (Wahlberg et Westerberg 2005 ; Bradbury et Vehrencamp 2011). Plus la densité est faible, plus la constante d’élasticité est élevée et plus le son se déplacera rapidement. Ainsi, nous pourrions penser que le son voyage beaucoup plus vite dans l’ air (en raison de sa densité très faible) que dans l’eau. Comme l’eau a une constante d’élasticité élevée, le son s’ y déplace à environ 1500 mis, soit cinq fois plus rapidement que dans l’ air (Roger et Cox 1988; Bradbury et Vehrencamp 2011). L’ atténuation d’une onde sonore dans l’ eau est aussi beaucoup plus faible que dans l’ air (Bradbury et Vehrencamp 2011). Pour un milieu aquatique d’ eau douce profond et sans obstacle, cette atténuation a été mesurée à environ 6 dB à chaque dédoublement de distance (Bradbury et Vehrencamp 2011). Cependant, les ondes ne se propagent pas toutes uniformément. Leur distance de propagation diffère en fonction de leur fréquence (Popper et Carlson 1998). Les basses fréquences ont la particularité de voyager sur de plus grandes distances que les hautes fréquences.

Les lois physiques de la propagation acoustique sous l’eau susmentionnées s’appliquent bien dans des milieux vastes et profonds. Toutefois, le son réagit différemment en eaux peu profondes, par exemple dans des ruisseaux ou des étangs. Sa propagation est tout d’ abord dépendante de la profondeur de l’ eau. Pour un substrat complètement rigide, une onde doit avoir, au maximum, une longueur équivalente à environ quatre fois la profondeur de l’eau dans laquelle elle se trouve pour pouvoir se propager (Kinsler et al. 1982 in Forrest et al. 1993; Wahlberg et Westerberg 2005). Une onde très longue (comme les basses fréquences) ne se propage donc pas. On peut alors observer qu’en eau peu profonde, les ondes des hautes fréquences sont plus facilement propagées (Forrest et al. 1993; Amoser et Ladich 2010). La fréquence critique (fc) de propagation dans un milieu peu profond correspond à la fréquence la plus basse en-deçà de laquelle le son ne se propage pas.

Dans des milieux très bruyants (p. ex., des rapides), il a été observé que certains poissons tirent profit de la rapide diminution de l’intensité des basses fréquences pour communiquer, un concept nommé «quiet window» en anglais (Crawford et al. 1997; Lugli et Fine 2003, 2007; Spears 2011). L’équation présentée ci-dessus dépend également de la nature du substrat. Cette variable joue, elle aussi, un rôle important dans la propagation du son en milieu peu profond. Effectivement, lorsqu’une onde acoustique se propage, elle est continuellement réfléchie ou réfractée entre la surface, le fond et les différents obstacles. La réflexion d’une onde dépend de la différence de densité et de la vitesse du son entre deux médiums, aussi appelée l’impédance acoustique (Bradbury et Vehrencamp 2011). Plus l’impédance acoustique entre deux médiums est élevée, plus l’onde sonore aura tendance à être réfléchie. Lorsque l’impédance acoustique d’un substrat est proche de celle de l’eau, la conséquence est qu’il n’y aura pas de réflexion, mais de la réfraction. Une onde réfractée continue sa trajectoire dans le nouveau médium, mais avec une direction et une vitesse différente .

Variabilité acoustique spatiale et temporelle 

L’acoustique en milieu aquatique peu profond peut présenter une grande hétérogénéité sur de courtes distances, tout dépendant de la position des sources de son, de la profondeur de l’eau et du type de substrat. Pour chaque cours d’eau, il existe une sonorité unique, aussi appelée signature acoustique  . La variabilité acoustique spatiale des cours d’eau est principalement associée aux turbulences, à l’ agencement des différents faciès le long d’un cours d’ eau et aux différences de vitesses de courant (Tonolla et al. 2011) .

Alors que la signature acoustique dépend de l ‘hydrologie en rivières, en eaux stagnantes elle dépend plutôt des sources biotiques (Wysocki et al. 2007). Desjonquères et al. (2015) se sont intéressés à la signature acoustique de trois étangs (en milieu ouvert, semi-ouvert et forestier). Ils ont associé les signatures acoustiques de chaque étang aux communautés d’insectes aquatiques présentes. Ils ont observé que cette signature variait dans le temps en fonction de l’ activité biologique diurne et nocturne.