Acoustic remote sensing of Arctic Sea Ice from long term soundscape measurements
Monitoring de la glace de mer en Arctique à partir des mesures à long terme du paysage acoustique sous marin
Résumé
The Arctic sea ice melting, in the global warming context, has become a major scientific topic during the last 30 years. The Arctic Ocean plays a fundamental role in the global climate balance and requires a particular attention. The Arctic Regions are then monitored by satellite observations and in-situ measurements. The climatic impact of the total melting of the Arctic sea ice is not yet understood and researches are still needed for long term monitoring of Arctic Ocean, particularly the dynamics of the ice cover and its consequences on the ecosystems. The loss of Arctic sea ice will gradually accompanied by the installation of seasonal or perennial industrial activities. As consequences, it will result a modification in the underwater soundscapes in these regions devoid of anthropogenic sound sources. The present study, focused on the Canadian Arctic and subarctic seas natural soundscapes, falls within this context through two research axes. The first part of the present study concerns the direct consequences of the melting of sea ice on Polar Regions soundscapes. We then examined the background noise, its seasonal variations and its environmental drivers. A dedicated algorithm to estimate this ocean noise component has been developed for this purpose, in order to constitute time series from long term acoustic measurements. Through statistical analysis, we determined that the environmental variables responsible for generating the background noise depends upon the state of the ocean surface and that during the winter period, the background noise is controlled by the same environmental variables driving the large-scale Arctic Ocean circulation. The second part of our work is to evaluate the potential of passive acoustics as a complementary means of monitoring the spatial and temporal dynamics of Arctic sea ice. To do this, we identified acoustic events related to the physical phenomena under the ice cover to improve our understanding of their generating mechanisms. We were able to bind various acoustic transients to some deformation processes of the moving ice cover.
La fonte rapide des glaces de l'Arctique dans le contexte actuel du réchauffement climatique est un sujet scientifique majeur de ces 30 dernières années. L'Arctique joue un rôle fondamental dans l'équilibre du climat et requiert une attention particulière. Les régions arctiques sont alors surveillées par des observations satellitaires et des mesures in-situ. L'impact climatique de la fonte totale de la glace arctique est encore mal connu. Des recherches sont donc nécessaires pour le suivi à long terme de l'Océan Arctique, en particulier la dynamique spatio-temporelle de la couverture de glace et ses conséquences sur les écosystèmes. La disparition de la banquise en Arctique sera progressivement accompagnée de l'installation d'activités industrielles saisonnières ou pérennes. Ceci a pour conséquences une modification des paysages acoustiques sousmarins de ces environnements jusqu'alors préservés des sources sonores anthropiques. La présente étude, portée sur les paysages acoustiques sous-marins des régions océaniques polaires du Canada, s'inscrit dans ce contexte sous deux axes. Le premier axe de notre étude concerne donc les conséquences directes de la disparition de la glace sur les paysages acoustiques sous-marins de l'Arctique et des mers subarctiques du Canada. Nous avons alors examiné le bruit ambiant, ses variations saisonnières ainsi ses pilotes environnementaux. Un algorithme dédié à l'estimation de cette composante du bruit océanique a été développé à cet effet, afin de constituer des séries temporelles longue durée. A travers des analyses statistiques, nous avons établi que les variables environnementaux responsables de la production du bruit de fond dépendent de l'état de la surface océanique et que pendant la période hivernale, ce bruit est piloté par les mêmes variables environnementales qui gouvernent la circulation océanique à grande échelle de l'Arctique. Le second axe abordé au cours de ce travail de thèse vise à évaluer le potentiel de l'acoustique passive comme moyen de monitorage de la dynamique spatio-temporelle de la banquise. Pour ce faire, nous avons identifié des événements acoustiques signant de phénomènes physiques sous la glace afin d'améliorer la compréhension de leur mécanisme de production. Nous avons ainsi pu lier divers transitoires acoustiques à des processus de déformation de la banquise.
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