SABIOD

Joint Acoustic Survey for ONline biodiversity
Mesures Acoustiques Jointes pour Surveiller la Biodiversité

RESUMÉ

La bioacoustique est une science interdisciplinaire consistant à mesurer et analyser systématiquement les sons d'animaux, notamment en corrélation avec les sons anthropiques. Elle décrit efficacement la biodiversité à larges échelles temporelle et spatiale. Elle permet la compréhension de la dynamique des écosystèmes, liée aux pressions anthropiques et changements climatiques. Elle est incontournable dans les études d'impact (énergies vertes, transports, ...). JASON 2015 sera consacré aux développement de modèles et de capteurs. Les années suivantes sera traitée la mise en ligne dans un réseau plus complexe et plus dense, répondant encore mieux aux attentes des gestionnaires et experts environnementaux.

JASON est transversal car il fait appel à des compétences en électronique, traitement du signal, détection, trajectographie, reconnaissance des formes, classification automatique, analyse statistique et manipulation de masses de données. Ces compétences sont distribuées sur 7 laboratoires et 5 composantes de l'UTLN que fédère JASON.

OBJECTIFS

JASON innovera en capteurs environnementaux basse consommation / grande autonomie, en leur mise en réseau, en méthodes d'analyse de flux de données complexes (multi-capteurs), en classification automatique de ces signaux (intelligence artificielle et traitement du signal), en modélisation d'impact des nuisances anthropiques sur la biodiversité, en représentation (réalité virtuelle) et modélisation des corrélations entre santé et qualité du paysage acoustique. Un fil directeur sera l'expérimentation sur le Parc national de Port-Cros, et les réalisations bas-coût, pédagogiques, et valorisables dans l'industrie florissante des études d'impact environnemental. JASON s'applique à tout écosystème, continental, insulaire, littoral, terrestre ou non.
Pour des raisons d'efficacité, le démonstrateur sera réalisé en contexte insulaire qui subit le stress anthropique et celui du réchauffement climatique. JASON caractérisera les écosystèmes, des espèces protégées (chiroptères, orthoptères, amphibiens, petits ou grands mammifères, et oiseaux), en suivant leurs activités sur des réseaux de grandes échelles de temps et d'espace. Unique en France : aucun pôle universitaire en France comme à l'international, ne propose de fédérer une telle activité capteur / signal / analyses bioacoustiques – on trouve des sous-parties à plus petite échelle en Europe ou aux USA. JASON a un potentiel économique, pédagogique et recherche en méthodes de traitement de masses de données à signal faible, et contribuerait au rayonnement de l’UTLN et de la région.

RÉSULTATS ATTENDUS

JASON proposera un standard en capteurs et algorithmes pour l'étude des écosystèmes naturels in-situ, pour de nouvelles échelles en temps (années) et d'espace (hectares). Son ancrage territorial est clair de part les expérimentations qui seront conduites sur le Parc national de Port-Cros,mais des protocoles seront menés à l'international. JASON sera en partie lié à l' « économie verte », suivant l'exemple d'un brevet USA de l'UTLN étendu en suivi 3D de chauve-souris, et qui a été maturé au LSIS via la SATT, puis pris sous licence en 2014 par notre partenaire (activité liée au prix d'innovation donné par le ministère de l'environnement fin 2014 à ce partenaire Cyberio). JASON continuera dans cette veine, sur 4 domaines de recherche : a) innover des capteurs, b) structurer des flux et les indexer automatiquement, c) concevoir des méthodes d'exploitation d'index de grandes dimensions, d) étudier l’interaction santé / qualité paysage acoustique.

Introduction

La bioacoustique est une jeune science devenue incontournable dans les programmes de surveillance de la biodiversité, les études d'impact (énergies renouvelables, infrastructures de transport...). C'est une discipline transversale par essence, comme l'atteste le projet big data Scaled Acoustic Biodiversity piloté par l'UTLN, regroupant plusieurs équipes en sciences physiques, traitement du signal, informatique et statistique, et soutenu par 5 instituts CNRS. Cette science requiert des innovations en capteurs, transmissions de données, algorithmes de détection, codage et compression, classification supervisée ou non, et en génération de représentations pertinentes vers des usagers ni acousticiens ni statisticiens. Cette conjonction de verrous explique que la bioacoustique ne sera mature que par les efforts conjugués d'équipes interdisciplinaires. Ce projet JASON fédère des compétences complémentaires de l'UTLN pour débloquer certains de ces verrous. Il débouchera sur des innovations bas coût, open source pour la recherche, ou sous licence pour l'industrie, en mesures multi-capteurs, distribués en réseau, et l'analyse systématique des masses de données bioacoustiques, jusqu'à leurs représentations synthétiques.
L'UTLN est bien positionnée pour soutenir JASON de par son historique en suivi passif et en codage, traitement de l'information. Elle est de plus placée sur un territoire exemplaire à forte biodiversité et à forte pression anthropique, idéal pour des démonstrations à l'échelle. De plus l'UTLN organisa (actes disponibles sur sabiod.org) les premiers ateliers internationaux big data bioacoustique: ICML4B13 (Atlanta), NIPS4B13 (Nevada), ICML14 (Beijin); et avec l'INRIA le plus grand défi de classification bioacoustique (LifeClef 2014, 2015). Certaines équipes sont déjà reconnues sur des thématiques recherche de JASON (brevets nationaux ou internationaux, publications de haut rang, ANR Greco 2012, FUI LOKEOS 2013, Chaire à l'Institut Universitaire de France en bioacoustique, pilotage mission MI CNRS Scaled Acoustic Biodiversity, et collab. internationales Cornell Univ, New York Univ, Pavia univ). L'UTLN a aussi acquis une expérience Bioacoustique dans des programmes pilotés par le parc national de Port-Cros (PNPC) : Boussole 2008-10, DECAV 2011-13, DECAN 2011-13, VAMOS 2014-16.
Actuellement la physique des capteurs, et les algorithmiques de traitements et de synthèse de l'information bioacoustique ne sont pas performants. Toute la chaîne de traitement doit être théorisée et validée, depuis a) les capteurs (faible rapport qualité prix et autonomie, problème en stockage des données), b) les algorithmes de traitement (voir les faibles performances d'une centaine d'équipes à nos challenges internationaux), c) la synthèse pour usagers ou gestionnaires qui n'est pas modélisée. Tous ces thèmes de recherche sont fédérés efficacement dans JASON, dont une étude préliminaire a été financée par la SATT et le LSIS sur PNPC en 2014 (voir film).

Tâche 1 : Capteurs Innovants

1.1. Capteurs autonomes communicants très basse consommation (IM2NP, LSIS)

JASON recherche la conception d'une nouvelle interface analogique CMOS intégrée pour capteurs isolés autonomes communicants très basse consommation. Actuellement le marché des semi-conducteurs discret (composant optoélectronique et capteurs) est en forte croissance en France, proche de 10% par an. Ce marché affiche une forte augmentation pour les applications basées sur les capteurs ou les réseaux de capteurs. Cette augmentation, en particulier dans le domaine de capteurs sans fil, couvre de nombreuses applications : cartes à puce, moneo, identification, bio-capteurs, bioacoustique.
Notre conception intégrée d’une interface permettra de récupérer l’information d’un capteur isolé ultrasonique à variation d’impédance tout en limitant le bruit en 1/f par une technique particulière de montée en fréquence que nous maîtrisons. Le développement de capteurs performants répondant aux problématiques d'alimentation, de transmission des données et de capteurs faible coût est au cœur de cette recherche. Nous nous basons sur nos compétences en conception de circuits intégrés très basse consommation (ANR Greco 2012 : Capteurs à nanofils de silicium, FUI LOKEOS 2013 : Système d’identification et de localisation ultra-large bande). Cette recherche JASON s’inscrit dans 5 axes de développements stratégiques sur les investissements d’avenir et de compétitivité dans le domaine des sciences appliquées. Les tâches pour la mise en œuvre du système (capteur isolé) communicant autonome sont : a) Développement du capteur, interface instrumentation & transmission radiofréquence, b) Développement de cartes prototypes, (c) Algorithme de traitement & de géolocalisation, d) Campagne de mesure sur site, analyse, e) Décimation des résultats, brevets pour une partie, logiciels libres pour une autre.


Figure : photographie d'un Transponder UWB CMOS de 0,13mm. Conception IM2NP

1.2. Développement bas coût et robuste capteur ultrasonique large bande terrestre (IM2NP, LSIS)

Actuellement les microphones terrestres ultrasoniques utilisent une carte d'acquisition d’échantillonnage élevée et un système de transmission terrestre coûteux en énergie, avec des consommations de plusieurs centaines de milliampères. Par exemple en dehors du coût de transmission (ex. Zigbee 10mA), le module USG 116Hnb de chez Avisoft Bioacoustics, intégrant un microphone EP3 electret, présente une consommation de de l’ordre de 130mA sous une alimentation minimum de 4.5V. JASON concerne le développement d'un réseau local en étoile et la réalisation de capteurs isolés très basse consommation. La stratégie et les objectifs R&D dans la conception des capteurs isolés sont une faible tension d’alimentation (1.5V), une basse consommation de l’ordre de 15mA (22mW sous 1.5V), une transmission RF analogique en modulation AM, OOK (UWB) ou PSK.

1.3. Réseau synchrone multi-capteurs (IM2NP, LSIS et Ing. UFRST)

Nous continuerons, suite à notre prototype JASON2014, à développer des algorithmes multi-capteurs alimentés par panneaux solaires, avec une bande passante allant jusqu'à 250kHz. Les enregistrements seront isotropes, les capteurs mis en réseaux, synchronisés par communication maillée de type Zigbee. La portée d'un tel réseau étant l'ordre de quelques centaines de mètres inter-capteurs, il permettra une synchronisation de quelques millisecondes entre les différents capteurs. Cette synchronisation permettra de reconstituer la trajectoire des sources sonores (3D + la dimension temporelle). Nous veillerons à ce que les capteurs soient de bonne qualité tout en restant de coût accessible (nous avons déjà l'expérience de la technologie italienne Dodotronic à 300 € / mono-capteur sur pré-étude JASON 2014, voir figure ci-dessous). L'objectif est de faciliter leur déploiement, et donc l'étude à grande échelle des écosystèmes. A ce titre, l'île de Port-Cros sera le laboratoire grandeur nature d'expérimentation / validation de JASON, instrumentée par nos capteurs aux données stockées localement et/ou transmises par réseaux Wifi avant ou après détection, et éventuellement compression.
JASON a vocation de devenir un standard en surveillance environnementale et recherches transversales. Aussi les données seront mutualisées par les scientifiques, notamment via la plateforme web SABIOD, à l'instar de la démonstration du prototype JASON2014. Ainsi JASON devrait modifier l'état de l'art des méthodes, mais aussi des instruments (la science a toujours progressé de pair avec les instruments de mesure). Les systèmes de mesures bioacoustiques disponibles sont étrangers (WildeLifeAcoustics, Dodotronic, Avisoft, WildCare), de rapport qualité/prix assez faible, et basés sur une technologie propriétaire (codec,etc...), ce qui entrave les innovations théoriques et les analyses interdisciplinaires.
Une licence UTLN de processus de suivi bioacoustique est en signature avec Cyberio (PME Rhône-Alpes). Les études de marché (SATT) pour la commercialisation du brevet LSIS en suivi bioacoustique démontrent un vivier économique pour JASON au niveau national et EU en veille environnement par acoustique passive, notamment pour les études d'impact (éolienne, route, train).


Figure : exemple d'enregistrement 4 voies x 250 kHz par les prototype JASON conçus par LSIS en 2014 et qui ont servi à valider le principe de suivi de chiroptères à bas coût et haute précision. On voit en temps-fréquence les impulsions (chirp) d'une chauve-souris enregistrée par 4 microphones, au cœur du PNPC

1.4. Transmission temps réel des signaux vers calculateurs UTLN (IUT, LSIS, IM2N)

Les informations enregistrées par les microphones seront stockées localement et/ou transmises par réseaux sans fil Wifi. Plusieurs systèmes de transmissions seront analysés et conçus en adéquation avec la qualité des capteurs développés, il pourra s'agir de (a) VHF en terrestre ou surface (cf. qualité de réception VHF depuis Mont aux Oiseaux sur Hyères qui couvre plusieurs zones d'intérêt), (b) 3G / 4G - acquis SATT LSIS en terrestre ou surface, (c) Wifi, (d) ADSL (terrestre) - maîtrisé par le département informatique. Un autre volet concerne le récent brevet de l'IM2NP (Chabriel, 2014) en transmission analogique.
Nous réaliserons en 2015 un réseau local radio entre les différents sites envisagés à partir d'un point haut unique situé sur les hauteurs de Hyères (Observatoires de Hyères sur le Mont des Oiseaux qui concède l'installation de nos antennes Wifi sur son terrain, avec visibilité complète sur PNPC et Salins. Depuis ce point les données peuvent être rapatriées via Internet sur les serveurs de l’Université. Elles seront stockées dans une base de données accessible via Internet depuis le lieu de recueil des informations. Nous veillerons à ce que les transmissions et les capteurs soient de bonne qualité tout en restant accessibles afin de faciliter leur déploiement et l'étude sur grande surface d'écosystèmes variés. A ce titre, l'ile de Port-Cros sera un premier site grandeur nature à être instrumenté par ces capteurs qui auront vocation à devenir des standards en instrumentation environnementale, tout en fournissant des données qui pourront être partagées et utilisées par des scientifiques du monde entier, mais aussi par les touristes sur leur smartphone : en visite sur le site, ils pourront écouter en temps-réel l'activité de la faune, ce qui serait une première mondiale. Ces mêmes visiteurs pourraient également participer à des acquistions sur site, avec leur smartphone en rajoutant leurs propres enregistrements de la faune sur la collection JASON. C'est une acquisition de type crowdsourcing que nos interfaces web permettent, et qui intéressent plusieurs institutions (MNHN, LPO, PNPC, ...).
Une perspective de cette transmission, mais pour un second volet de JASON en 2016, serait de coupler une transmission de JASON depuis la bouée BOMBYX TPMCG83 2011-13 vers les serveurs de l'UTLN, si nous y rajoutons une bouée surface équipée de Wifi. Le récepteur sur le Mont des Oiseaux permettrait une acquisition en temps-réel des détections de cétacés sur ce rail fréquenté par les ferrys vers la Corse (risques de collision avec cachalots et autres cétacés).

Tâche 2 : Classification, tracking passif dynamique (LSIS, IM2NP)

2.1. Classification

Plusieurs méthodes de codage, filtrage ou compression du signal seront développées théoriquement et validées via JASON pour stocker, transmettre et analyser rapidement des signaux en ligne. Il s'agira d'étendre nos modèles mathématique présentés dans NIPS2013, ICML2013 en a) Compress sensing / Sparse coding, b) Clustering non supervisé, c) Classification supervisée par réseau convolutionnel. Ces méthodes seront développées pour les calculateurs type GPU, comme celui de l'UTLN, permettant les calculs sur flux en temps réel. Il s'agirait alors de la première station bioacoustique temps-réel validée à l'échelle d'un Parc national et d'un trait de côte de plus de 10km de long. Les espèces enregistrées (oiseaux notamment) seront classifiées en temps réel, suivant des modèles pour certains déjà publiés (Glotin et al. NIPS4B2014) ou qui seront des thèmes de recherche co-développés avec l'IGR recruté en lien fort avec les aspects de détection et suivi à géométrie fixe ou non comme décrit ci-dessous. D'autre part, le projet BOMBYX TPM CG 2011-13 (en démonstration ici) pourrait à terme bénéficier des mêmes avancées en classification bioacoustique pour le traitement des acquisitions sous-marines de signaux de cétacés.

2.2. Suivi acoustique passive à géométrie fixe ou dynamiques (IM2NP, LSIS)

JASON sera le support à de nouvelles recherches en suivi 4D de sources par acoustique passive, compétences reconnues (Brevets Jauffret al., Brevet USA Glotin et al. en localisation multisources bioacoustique, brevet Glotin déposé en 2014 en analyse jointe Doppler et délais d'arrivée pour le suivi de la faune, notamment Chiroptères - cf. figure ci dessous).


Figure : Animation des calculs de suivi d'une vraie chauve-souris (calcul UTLN LSIS) (film)
D'autre part, la détermination de la position d'un ensemble de sources en mouvement basée sur des mesures bruitées relève en toute généralité de l'estimation non paramétrique (ou identification) d'un système dynamique stochastique. De nombreux outils issus des statistiques, du filtrage, de l'observation existent et sont employés pour reconstruire les trajectoires des sources (Boizot et al. 2007). Dans ce cadre, la question de l'observabilité est très pertinente, en particulier lorsque le nombre de capteurs est réduit. Dans certaines conditions mathématiques, les trajectoires des sources ne peuvent pas être reconstruites. Il est bien connu que ce type de problème peut être surmonté en déplaçant - ou en multipliant - les capteurs (Busvelle et al. 2003). Cette vision binaire (observable ou pas) s'étend en une notion plus fine quand on quantifie l'observabilité avec une fonction d'observation qui mesure la quantité d'information utile (Boizot 2010). Cette mesure n'est pas très intéressante a posteriori mais il est pourtant très utile de la maximiser en cours de mesure. C'est ce qui est fait lors de l'installation des capteurs mais il s'agit alors de maximiser une quantité d'information moyenne, en faisant de subtils compromis entre la résolution, la zone de couverture.
Nous étudierons dans JASON la possibilité de maximiser la quantité d’information relative aux trajectoires des sources d’intérêt en temps réel, ou d'optimiser l'innovation, en introduisant une boucle de contrôle sur les capteurs acoustiques. Il s'agira par exemple de monter un ou plusieurs microphones directionnels sur une tourelle et d'utiliser en temps réel les mesures pour diriger le microphone de façon à maximiser la quantité d'information (sélectivité, précision, ...) sans avoir à subir un compromis admis au préalable.
Les techniques utilisées sont celles de l'observation et l'observabilité, des outils probabilistes et les méthodes de contrôle optimal. Ce type d'approche commence à être utilisé en robotique pour la découverte d'environnement. Elle est aussi utilisée en automatique et plus particulièrement en filtrage où on cherche à minimiser l'innovation (qui mesure ce qui manque entre ce que l'on a compris du système et la pleine connaissance du système).

Tâche 3 : Synthèse statistique et communication pour le gestionnaires (I3M, LEAD, LSIS)

L’objectif global de cette partie est d’améliorer l’impact du projet au plan des usagers, commanditaires, écologues du Parc, collaborateurs financiers (Région PACA, TPM, etc.), chercheurs, ou publics… En synergie avec les travaux d’ingénierie de construction des bases de données alimentées selon la chaîne précédemment établie nous utiliserons les technologies S-OLAP pour l’élaboration d’indicateurs spatio-temporels croisant les différentes sources de données. Selon un mode de recherche-action, par l’intermédiaire d’un serveur Web d’accès aux indicateurs nous accompagnerons les équipes techniques et les usagers ciblés afin de co-construire des indicateurs fins propres aux différentes instances d’Usagers. Au cours de ce processus d’accompagnement nous analyserons les étapes clés de communication constructives entre les différentes parties, aux intentions et objectifs parfois divergents, pour tenter d’identifier des raccourcis ou leviers vers des consensus opérationnels. Combinés avec des enquêtes usagers et comptes rendu d’utilisation, des outils de web analytique seront positionnés pour tenter d’améliorer la performance d’utilisation du (es) serveur(s) et l’expérience utilisateur (I3M).
En parallèle, et sur un plan plus informationnel, des thésaurus, bases de données multimodales et ontologies spécialisées seront exploités à des fins d’augmentation des données recueillies pour la mise en œuvre d’indicateurs sémantiques (identification d’animaux, d’activités humaines…). Ce développement se fera en association avec des partenariats, notamment PLANETOS1. L'un des objectifs de ces analyses statistiques est la production de modèles statistiques entre activités bioacoustiques, et les données anthropiques et les climatiques (LEAD). Les espèces visées seront traitées suivant les ontologies expertes, données en référence plus bas pour les chiroptères.

Tâche 4 : Plateforme de réalité virtuelle et perception (HANDIBIO, TELOMEDIA et LSIS)

On traite ici des interactions entre les bruits anthropiques et les bruits endémiques dont les conséquences sur la biosphère sont mal connues. Pour traiter ce paradigme, nous développerons une plateforme 3D de réalité augmentée (RV), à l'instar de celles proposées par le LSIS (cf. animation 3D de trajectoires bioacoustiques). La plateforme RV de contenus numériques transmédias enrichis Telomédia apportera ses compétences en production audiovisuelle, ainsi que les compétences de la plateforme RV de HandiBio (Lamti et al. 2013). Il s’agira notamment d’intégrer des avatars sur les objets acoustiques que l’on détecte dans l’image réelle du paysage.
Le second volet consistera à déterminer un ensemble de données neuro-physiologiques (EEG, température) pour qualifier et quantifier le niveau de concentration, émotionnel et de stress induit par l'immersion dans cette scène de réalité virtuelle.
Cette immersion dans une scène virtuelle large champ, où la personne pourra se déplacer, permettra de tester la perception spatiale des sons, et l'attention que leur porte le sujet. Les mesures seront basées sur certains indicateurs neuro-physiologiques issus notamment de l’analyse EEG tels que P300 et SSVEP ou encore certaines constantes physiologiques (fréquence cardiaque, température, etc ...) (Lamti et al, 2013, 2014). Ce sont des marqueurs du niveau émotionnel et de stress d’un individu. Par conséquent, nous pourrions corréler la qualité du paysage acoustique, la distribution spatiale des sources acoustiques, leur distance et densité et intensité et la situation de l'individu dans la scène, avec les indicateurs physiologiques, ce qui n'a pas encore été formalisé à notre connaissance.

Tâche 5 : Incongruités bioacoustiques et comportement (LAMHESS, I3M, LSIS)

Cette étude aura pour objectif de comparer l’impact sur l’Homme d’un paysage audiovisuel en termes d’émotions évoquées et/ou de niveau de stress produit, selon que ce paysage soit de type chimérique ou non (association du son et de l'image naturelle ou non), de complexité bioacoustique plus ou moins forte. L'intérêt dans ce protocole est d’élaborer des chimères audiovisuelles en croisant des images et des sons non corrélés à l'état naturel, ou en synthétisant des sons à complexité contrôlée (Ex. : images de cigales + son de moteur ; images urbaines + chants de cigale, multiplicité de bruit d'insectes par synthèse acoustique ...). Nous comparerons les comportements induits chez l'homme par de tels paysages multimodaux chimériques avec ceux produits par des assemblages d’images et de sons cohérents (images urbaines + son de moteur ; images + chants de cigales …) afin de déterminer si les chimères audiovisuelles produisent des émotions et des niveaux de stress spécifiques.
Le LAMHESS possède une expertise dans l’acquisition et l’analyse de signaux biologiques variés, expérience très largement transférable dans le contexte du présent projet. De plus, le Professeur J. Crémieux – émérite au LAMHESS – co-dirige avec E. Boutin (I3M) le travail de thèse de H. Roux (3ème année), travail qui vise à déterminer, par questionnaires et entretiens, le "désir de partage" produit par différents supports audiovisuels publicitaires, par manipulation des entrées visuelle et auditive, et l’enregistrement de différents paramètres physiologiques (fréquences cardiaque et ventilatoire, conductance électrodermale …).
Cette tâche s’inscrit dans le prolongement de cette étude. Pour le LAMHESS, il s’agira de déterminer un ensemble de données neurophysiologiques utiles afin de qualifier et de quantifier l’état émotionnel et/ou le niveau de stress induit par un paysage audiovisuel plus ou moins complexe, chimérique ou non en se basant sur l’état d’activation des deux composantes, ortho- et parasympathique, du système nerveux autonome (SNA). Celui-ci a pour particularité d’agir sur les dimensions psycho-physiologiques des individus. Une variation du niveau de stress induit une modulation de l’activité des systèmes ortho- et parasympathique et peut-être quantifiée grâce à la mesure : de la fréquence cardiaque (FC) et /ou de la pression artérielle et de leur variabilité (VFC et VPA, Souza Neto et al., 2003), des paramètres ventilatoires (fréquence et volume courant), de la température cutanée de la face et des extrémités, du dosage non invasif du cortisol (i.e. par prélèvement salivaire ; Kirschbaum, 1994 ; Pruessner et al, 1997) ou encore de l’activité électrodermale (AED, Boucsein, 1992). Celle-ci est enregistrée à la surface de la peau grâce à la mesure de la Conductance ElectroDermale (CED, µS) déterminée au moyen de la mesure de la différence de potentiel entre deux zones cutanées. En effet, l’AED reflète l'activité des glandes sudorales, cette dernière étant commandée par le système nerveux autonome (branche orthosympathique). Sa mesure est donc indiquée afin de quantifier le niveau d’activation physiologique d’un individu lors de la réalisation d’une tache cognitive, d’une tache motrice ou encore en situation de stress (Boucsein, 1992).
L’état émotionnel peut quant à lui être estimé à partir de l’analyse vidéo des expressions faciales couplée à l’enregistrement de l’activité électromyographique (EMG, Dimberg, 1990) de certains muscles faciaux (deux groupes musculaires sont principalement étudiés le muscle sourcilier associé au froncement des sourcils et donc aux émotions dites négatives – colère, peur… - et le muscle grand zygomatique, associé au sourire et donc aux émotions positives – plaisir, joie…). L’activité EMG de ces groupes musculaires a été utilisée afin de décrire le niveau d’activation émotionnelle, notamment dans le cadre d’études sur l’impact de clips publicitaires, le ratio de l’activation des muscles sourciliers et zygomatiques permettant d’estimer l’impact globalement positif ou négatif d’un support publicitaire. De manière analogue, Lou et al. (2012) ont démontré que l’activité EMG faciale pouvait donner des indications quant à l’addiction qu’un jeu informatique pouvait créer. Enfin, la signature thermique de la face est parfaitement corrélée à l’état émotionnel mais également au niveau de stress des individus, ainsi qu’aux mesures d’indicateurs physiologiques de l’activité du SNA (Merla et Romani, 2007). Les décohérences visuelles et acoustiques seront analysées avec les différents indicateurs neurophysiologiques En d’autres termes, ce projet doit permettre de déterminer si les réactions des sujets démontrent ou non leur conditionnement à leurs environnements usuels. De même, cette étude devrait permettre de faire la démonstration de l’importance de la qualité du paysage bioacoustique d’un point de vue émotionnel, ainsi que de l’intérêt des ambiances bioacoustiques en paysage urbain.

Tâche 6 : Expérimentation sur PNPC et à l'international (Tous)

Les validations à l'échelle seront conduites pour 2015 sur le territoire du PNPC et sa périphérie. Les gestionnaires et écologues du PNPC participeront à l'analyse des masses d'indices bioacoustiques, et fourniront leur expertise couplée à celle de nos partenaires du MNHN Paris et CNPS Orsay. Les premières acquisitions seront faites par les 4 stations construites fin 2014 par le LSIS (financement SATT et IUF de 15 K€) dont deux ont été installées sur Port-Cros avec 4 micro ultrasoniques 250 kHz chacune (photos ci-dessous, voir aussi le film de mise en place et premiers résultats).


Figure : "Batmobile"sur le barrage de Port-Cros (micros repérés par les points 1, 2, 3, 4)
D'autre part, fin 2015 et mois suivants dans la suite espérée de JASON, plusieurs espèces emblématiques méditerranéennes qui sont en danger seront surveillées par JASON, comme le Puffin. L'îlot Bagaud, réserve intégrale, est un modèle unique en France pour la mesure des effets des changements climatiques. JASON y mesurera donc par acoustique en temps réel (transmission Wifi vers Mont des Oiseaux) les activités des mammifères (rats) et oiseaux sans aucune perturbation due à une visite humaine. Une validation de JASON est aussi prévue sur les SALINS pour le suivi en continu des colonies d'oiseaux migrateurs d'intérêt international (en lien avec la LPO).
À noter que ce modèle s'applique aussi en suivi bioacoustique aquatique dans les marres éphémères de notre région, qui sont d'un intérêt écologique fort. Une partie du matériel de base (station solaire) est déjà acquis par le LSIS via CNRS SABIOD (4 stations de 3K€ chacune). Elles sont prêtes à recevoir les nouveaux capteurs et algorithmes qui seront développées dans JASON dès 2015 tâches 1 et 2, et à produire des données pour les tâches 3 à 5.


Figure : "Batmobile" au fort de l'Éminence (Port-Cros)


Des expériences seront aussi menées avec le CIBRA en Italie dans des réserves intégrales, et en Guyane à Nouragues avec le MNHN sur la plateforme CNRS qui accueille déjà les expériences SABIOD. La Nouvelle Calédonie est intéressée par JASON afin de constituer un premier monitorage d'espèces d'oiseaux rarissimes et emblématiques (ex. Kagou).

Conclusion et perspectives

JASON sera par ses innovations en physique des capteurs acoustiques, et en modélisation de l'information bioacoustique, un projet phare au niveau national et international. Il rayonnera à partir de ses protocoles validés sur le PNPC, répondant à la priorité scientifique du PNPC et des organismes environnementaux sur la planète, d'allonger les séries temporelles et la répartition spatiale des observations et des modèles (Barcelo 2013) pour estimer de manière robuste les dynamiques écologiques. De tels corpus sont précieux car les études diachroniques sont rarissimes, en région méditerranéenne et ailleurs.
Plusieurs formations lUT, Licence SCI, LI Réseau, et les MASTERs Trajectographie, Biomar, PSE/PSI, Vision commande, et Développement sur Platefirme mobile DAPM, seront naturellement en lien étroit avec JASON (stage, contexte attractif, liens avec les laboratoires et le territoire). Des documentaires écrits et filmés seront produits et mis en ligne sur le site web de JASON, ce qui peut avoir un impact touristique. Certains concepts pourraient être maturés / mis en brevet et licence à des PME (ex : Cyberio maturé SATTPACA sur le brevet acoustique chiroptère du LSIS, licence en cours de signature, pour un marché avec l'ONF).
JASON a pour vocation, chaque année de produire une avancée significative, tant en publication, qu'en savoir faire sur UTLN et fédération / dynamisation de compétences. 2015 sera centrée sur l'étage des instruments de mesure innovants. En 2016, la suite serait centrée sur les traitements et le début des représentations, tout en continuant les innovations capteurs, 2017 serait une réalisation complète avec les étages de représentation et synthèse pour les usagers, les touristes (valeurs pédagogiques ajoutées, interaction entre signaux de terrain et indexation) et exports à d'autres Parcs, d'autres structures académiques ou PME en étude d'impact ou tourisme écologique.

Addendum

Contact / Responsable : Pr. H. Glotin glotin (at) univ-tln.fr
Lettres de soutien : T.Aubin (CNPS, Orsay), G.Pavan (CIBRA, Pavia), J.Sueur (MNHN, Paris) , PARC NAT. de PORT-CROS PNPC.