Estimation de la diversité acoustique animale en forêt néotropicale

par Juan Ulloa ChacÓN

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Thierry Aubin.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Signalisations et Réseaux Intégratifs en Biologie , en partenariat avec Neuro-PSI - Institut des Neurosciences Paris Saclay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Les forêts tropicales sont des hauts lieux de la diversité animale où la richesse spécifique est si élevée qu'elle en est difficilement quantifiable et traçable. Il est cependant essentiel d'estimer le nombre et la densité des espèces présentes, de suivre les espèces remarquables dans l'espace et le temps et de comprendre les interactions au sein des assemblages d'espèces. La diversité animale tropicale est souvent abordée par des techniques de collecte directe et d'identification reposant sur une expertise de terrain et taxonomique difficiles à obtenir. Cependant une partie de la diversité tropicale se manifeste par des productions sonores qu'il est possible d'enregistrer, de conserver et d'analyser. L'acoustique permet ainsi un échantillonnage massif peu coûteux et non invasif produisant des données quantitatives de haute qualité. Depuis maintenant six ans, de nombreuses études acoustiques de suivi de la diversité animale ont été conduites en milieu marin et en milieu terrestre tempéré. Ces études ont pour commun d'opérer un changement d'échelle ciblant des habitats ou des écosystèmes sur des semaines, des mois, voire des années. Plusieurs approches sont en cours : reconnaissance automatique d'un nombre limité d'espèces, analyse des communautés sonores par des indices de complexité acoustique et décryptage des paysages sonores par des indicateurs de variation de la biophonie. Étonnamment, les milieux tropicaux, pourtant extrêmement riches en diversité sonore, ont été largement négligés dans ces études. Il devient urgent de tester et d'appliquer ces principes à la diversité sonore tropicale. Le doctorant aura pour charge d'analyser la diversité sonore néotropicale des forêts des Nouragues en Guyane Française et de la réserve de Guamá en Amazonie brésilienne. Les équipes d'accueil ont déjà acquis un ensemble d'enregistrements sonores très important sur lequel le doctorant pourra travailler. Des missions en Guyane française seront organisées pour compléter les données (Financement obtenu auprès du CNRS Guyane et ressources propres). Le premier objectif de la thèse sera d'établir un inventaire des signaux sonores produits aux stations de recherche des Nouragues du CNRS Guyane et de Guamá de l'Université de Bélèm. Cet inventaire reposera sur des bases de données déjà existantes (CD, sonothèque du MNHN) et sur des observations faites in situ. Le second objectif de la thèse sera de développer des outils reposant sur des techniques originales d'analyse du signal (sparse cording, non-negative matrix factorization) et d'apprentissage machine (self-taught learning and unsupervised feature learning) permettant d'estimer au mieux le nombre d'espèces présentes dans la forêt à un instant donnée. Le troisième et dernier objectif sera d'appliquer ces nouvelles métriques afin de répondre à des questions essentielles d'écologie tropical : (i) quelle est la richesse acoustique d'une forêt tropicale, (2) quel est le turn-over des espèces émettant des sons à l'échelle du cycle nycthméral, de la saison et de l'année ? Le travail sera encadré par l'équipe de Thierry Aubin (Université Paris Sud) spécialisée dans la communication animale et l'analyse des signaux sonores et l'équipe de Jérôme Sueur (Muséum national d'Histoire naturelle) dédiée à l'étude de la biodiversité par des techniques acoustiques. RÉFÉRENCES PRINCIPALES DES ÉQUIPES D'ACCEUIL Bormpoudakis D, Sueur J, Pantis DJ (2013) Spatial heterogeneity of ambient sound at the habitat type level: ecological implications and applications. Landscape Ecology, 28: 495–506. Huetz C, Aubin T 2012 Bioacoustics approaches to locate and identify animals in terrestrial environments. In "Sensors for Ecology" (F. Gaill, Y Lagadeuc and J−F. Le Galliard eds), INEE, CNRS press, Paris, ISBN: 978-2-9541683-0-2, pp 83-96. Lellouch L, Pavoine S, Jiguet F, Glotin H, Sueur J (2014) Monitoring temporal change of bird communities with dissimilarity acoustic indices. Methods in Ecology and Evolution, 4 : 495-505. Rodriguez A, Gasc A, Pavoine S, Gaucher P, Grandcolas P, Sueur J (2013) Temporal and spatial dynamics of animal sound within a neotropical forest. Ecological Informatics, 21 : 133-143. Sueur J, Pavoine S, Hamerlynck O, Duvail S 2008 Rapid acoustic survey for biodiversity appraisal. PLoS ONE, 3(12): e4065.

  • Titre traduit

    Assessment of animal acoustic diversity in neotropical forest


  • Résumé

    In the tropical rainforest the diversity of life forms is so high that this diversity is difficult to quantify and monitor. However, it is fundamental to estimate the number and density of species present, to follow remarkable species in space and time and to understand the interactions at the hearth of species assemblies. Animal diversity is often approached by direct collection and identification techniques, which rely on field and taxonomy skills that are hard to acquire. Nonetheless, a significant part of animal species produce sound during communication that can be recorded, preserved and analysed. Acoustic can be sampled locally or regionally over long time periods with autonomous audio sensors. For six years, numerous acoustic studies for biodiversity monitoring have been carried on marine and terrestrial temperate habitats. These studies have in common a change of scale focusing in habitats or ecosystems over weeks, months and years. Different approaches are under development: automatic identification of a limited number of species, analysis of acoustic communities through acoustic indices and decoding of soundscapes through indicators of biophony variation. Surprisingly, tropical habitats, rich in acoustic diversity, have been neglected on these studies. It is urgent to test and apply these principles to the tropical acoustic diversity. The PhD student will have to analyse the acoustic diversity of the neotropical rainforest of the Nouragues in French Guyana. The research teams have already acquired a very important set of sound recordings on which the student can work. Field work in French Guyana will be organised to complement the database. The first goal of the thesis is to establish an inventory of acoustic signals at the research stations of Nouragues (CNRS Guyane). This inventory will be based on databases previously existing databases (CD sound library of the MNHN) and with observations done in situ. The second goal of the thesis of the thesis will be to develop tools using signal processing signal (sparse-coding, non-negative matrix factorization) and machine learning (self-tauch learning, and unsupervised feature learning) which can estimate the number of species present in the forest at a defined time. The third and last goal will be to apply these new metrics in order to answer essential questions of tropical ecology: (1) what is the acoustic richness of a tropical forest, (2) what is the turnover of species that communicate with acoustic signals at the scale of the nychthemeral cycle, of the season and the year. References Bormpoudakis D, Sueur J, Pantis DJ (2013) Spatial heterogeneity of ambient sound at the habitat type level: ecological implications and applications. Landscape Ecology, 28: 495–506. Huetz C, Aubin T 2012 Bioacoustics approaches to locate and identify animals in terrestrial environments. In "Sensors for Ecology" (F. Gaill, Y Lagadeuc and J−F. Le Galliard eds), INEE, CNRS press, Paris, ISBN: 978-2-9541683-0-2, pp 83-96. Lellouch L, Pavoine S, Jiguet F, Glotin H, Sueur J (2014) Monitoring temporal change of bird communities with dissimilarity acoustic indices. Methods in Ecology and Evolution, 4 : 495-505. Rodriguez A, Gasc A, Pavoine S, Gaucher P, Grandcolas P, Sueur J (2013) Temporal and spatial dynamics of animal sound within a neotropical forest. Ecological Informatics, 21 : 133-143. Sueur J, Pavoine S, Hamerlynck O, Duvail S 2008 Rapid acoustic survey for biodiversity appraisal. PLoS ONE, 3(12): e4065.