La baleine bleue Antarctique, Balaenoptera musculus intermedia, est en danger critique d’extinction depuis la chasse baleinière intensive du 20e siècle. L’état de ses populations et leur écologie restent encore mal connus. En raison de l’inefficacité des observations visuelles, la surveillance par acoustique passive est privilégiée pour étudier cette espèce vocalement très active. Cette thèse porte sur l’analyse de 7 ans de surveillance acoustique passive dans l’océan Indien austral, région d’habitat et de migration particulièrement importante pour la baleine bleue Antarctique. Déployé depuis 2010 sur une aire de près de 9 000 000 km2, le réseau d’hydrophones OHASISBIO fournit une base de données acoustiques multi-site et pluri-annuelle. L’application d’un algorithme de détection automatique des vocalisations de baleines bleues Antarctique, préalablement testé et validé, a permis d’établir les patrons géographiques et saisonniers de présence de l’espèce au sein du réseau. L’analyse systématique de ces vocalisations a également permis de caractériser des variations intra- et inter-annuelles de leur fréquence, affectée par une décroissance long-terme et des modulations saisonnières. L’analyse préliminaire de signatures vocales d’autres espèces présentes dans le réseau - rorquals communs et trois populations de baleines bleues pygmées – a révélé des variations de fréquence similaires de leur vocalisation et permis d’esquisser leurs patrons géographiques et saisonniers. Enfin, deux vocalisations, jusqu’alors non décrites, aux caractéristiques semblables à celles de baleines bleues, ont été identifiées et caractérisées. / The Antarctic blue whale, Balaenoptera musculus intermedia, is currently critically endangered since the commercial whaling in the 20th century. The population recovery of this species, as well as its ecology, are still poorly known. Due to the ineffectiveness of visual observations, passive acoustics is a preferred method to monitor this highly vocal species. This dissertation presents an analysis of 7 years of passive acoustic monitoring in the southern Indian Ocean, known as a particularly important area of habitat and migration for the Antarctic blue whale. Deployed since 2010 over an area of about 9,000,000 km2, the OHASISBIO hydrophone network provides a multi-site and multi-year acoustic database. An algorithm for the automated detection of Antarctic blue whale calls, first tested and validated, has been applied to characterize the seasonal and geographic patterns of the species presence in the study area. The systematic analysis of these vocalizations also allowed to characterize intra- and inter-annual variations of their frequency, with a long-term decline and seasonal variations. A preliminary analysis of other vocal signatures recorded by the network, from 3 populations of pygmy blue whales and fin whales, highlighted similar variations of their frequencies and outlined their geographic and seasonal patterns of presence in the area. Finally, two previously undescribed vocalizations, with characteristics close to that of blue whale calls, were identified and characterized.

La compréhension de la dynamique spatiale et temporelle des peuplements benthiques qu’elle soit naturelle et induite par des forçages anthropiques, nécessite de nouvelles méthodes d'observation du benthos avec des besoins affichés de haute résolution temporelle et de longues périodes de mesures. L'enregistrement et l’analyse des sons produits dans l’environnement marin donnent accès au paysage acoustique, et notamment à l’une de ses composantes biologiques la biophonie benthique. Observer les variabilités spatio-temporelles de cette biophonie benthique, afin de contribuer à l'évaluation de la structure, du fonctionnement, de l’état et des évolutions du compartiment benthique, constitue l'objectif principal de la thèse. Pour ce faire nous avons développé deux outils permettant d'évaluer la variabilité spatiale de ces émissions avec un ou plusieurs capteurs. Le premier est un descripteur de la forme des spectres des impulsions du benthos permettant de mieux caractériser la diversité de la biophonie benthique. Le second est une méthode de localisation tridimensionnelle des sources sonores benthiques et de cartographie de cette biophonie pour des échelles spatiales allant de 500 mètres jusqu’à 5 mètres. En utilisant ces deux outils, nous avons démontré la faisabilité de l'observation du benthos au travers de sa biophonie sur des sites spécifiques. Dans une partie applicative, nous nous sommes intéressés aux projets de site de production d’énergies marines renouvelables et à la compréhension et à l’observation de leurs impacts sur la faune marine. Sur un site atelier de géométrie similaire à celle d’une ferme d’éoliennes offshores, nous avons défini, réalisé et analysé une preuve de concept pour l’observabilité d’un effet de type binaire : présence ou absence de faune fixée dans une surface sentinelle de quelques mètres carré. Les travaux de thèse ont été conclus par une étude mesurant le niveau sonore rayonné par une hydrolienne en phase de production d’énergie (Paimpol-Bréhat) puis évaluant les impacts acoustiques sur trois compartiments biologiques : les mammifères marins, les poissons et les invertébrés. / Understanding the spatial and temporal dynamics of benthic populations, both natural and induced by anthropogenic pressures, requires new observation methods with high temporal resolution and long periods of measurement. The recording and analysis of sounds produced in the marine environment give access to the soundscape, and in particular to one of its biological components, the benthic biophony. Observing the spatiotemporal variability of this benthic biophony, in order to contribute to the evaluation of the structure, functioning, state and evolution of the benthic compartment, is the main objective of the thesis. To do this we have developed two tools to evaluate the spatial variability of these emissions with one sensor or more. The first is a descriptor of the shape of the spectra of the benthic snaps allowing to better characterize the diversity of benthic biophony. The second is a method of three-dimensional localization of the benthic sound sources and mapping of this biophony for spatial scales ranging from 500 meters to 5 meters. Using these two tools, we have demonstrated the feasibility of benthos monitoring through its biophony at specific sites. In an applicative part, we were interested in sites of production of marine renewable energies and the understanding and observation of their impacts on the marine fauna. On a workshop site of geometry similar to that of an offshore wind farm, we defined, realized and analyzed a proof of concept for the observability of a binary impact: presence or absence of fixed benthic fauna in a sentinel area of a few square meters. The thesis work was concluded by a study measuring the sound level radiated by a tidal current turbine in the energy production phase (Paimpol-Bréhat) and then evaluating the acoustic impacts on three biological compartments: marine mammals, fish and invertebrates.

<p>Human society is presently beset by an array of anthropogenic social-ecological crises that threaten the sustainability of the social-ecological systems that sustain our livelihoods. While research alone will not rectify these issues, it can help to answer key questions that must be addressed to develop effective solutions. To address such questions in a cohesive, compelling manner, social-ecological research can be bounded, structured, and distilled through innumerable organizing principles or theoretical frameworks. For this dissertation, I focused on the geographic region of Tierra del Fuego and sought to draw from the array of disciplines and methods that use sound as a lens for biological, ecological, and/or social inquiry. I also endeavored to consider various temporal, spatial, and organizational scales while investigating a selection of topics with a) specific importance in the social-ecological systems of Tierra del Fuego and b) general relevance to global social-ecological challenges. Chapter 1 provides an introduction to the dissertation, and Chapter 6 serves as a conclusion.</p><p><br></p><p> </p><p>The objective of Chapter 2, “Biogeographical and analytical implications of temporal variability in geographically diverse soundscapes”, was to provide some guidance to passive acoustic monitoring (PAM) practitioners on how to design appropriate temporal sampling schemes based on the temporal variability of the sounds one wishes to measure and the power and storage limitations of acoustic recorders. We first quantified the temporal variability of several soundscape measurements and compared that variability across sites and times of day. We also simulated a wide range of temporal sampling schemes in order to model their representativeness relative to continuous sampling.</p><p><br></p><p> </p><p>For Chapter 3, “Sentinels for sentinels: passive acoustic and camera trap monitoring of sensitive penguin populations”, we tested the utility of PAM to monitor behavior and abundance of Magellanic (<i>Spheniscus magellanicus</i>) and southern rockhopper penguins (<i>Eudyptes chrysocome</i>) at different spatial and temporal scales. We conducted <i>in situ</i> observations of the acoustic behavior of each species, and we compared acoustic metrics with penguin counts from narrowly focused camera traps and larger-extent observations of colony density. </p><p><br></p><p> </p><p>Chapter 4, “Acoustic monitoring shows invasive beavers (<i>Castor canadensis</i>) increase avian diversity in Tierra del Fuego”, is focused on impacts of the invasive North American beaver (<i>Castor canadensis</i>) on Fuegian bird communities. We sought to determine how bird communities might differ between intact riparian forests, beaver ponds, and beaver meadows created by pond drainage. We conducted PAM and classic avian point counts under each of these conditions across seasons to test for differences between impact conditions and to compare the two methodologies.</p><p><br></p><p> </p>For Chapter 5, “Human-nature connection and soundscape perception: insights from Tierra del Fuego, Argentina”, we evaluated the relationship between soundscape perception and nature relatedness by conducting surveys and soliciting responses to soundscape audio prompts. We also examined the potential for any demographic influences on nature relatedness or soundscape perception in the context of local social tensions.