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Bibliographie de l'Institut Maurice-Lamontagne

Nathalie ROY

GERVAISE, C., A. BARAZZUTTI, S. BUSSON, Y. SIMARD, N. ROY, 2010. Automatic detection of bioacoustics impulses based on kurtosis under weak signal to noise ratio. Applied acoustics, 71(11): 1020-1026.

[Résumé disponible seulement en anglais]
Passive acoustic monitoring (PAM) of marine mammal vocalizations has been efficiently used in a wide set of applications ranging from marine wildlife surveys to risk mitigation of military sonar emissions. The primary use of PAM is for detecting bioemissions, a good proportion of which are impulse sounds or clicks. A click detection algorithm based on kurtosis estimation is proposed as a general automatic click detector. The detector works under the assumption that click trains are embedded in stochastic but Gaussian noise. Under this assumption, kurtosis is used as a statistical test for detection. The algorithm explores acoustic sequences with the optimal frequency bandwidth for focusing on impulse sounds. The detector is successfully applied to field observations, and operates under weak signal to noise ratios and in presence of stochastic background noise. The algorithm adapts to varying click center frequency. Kurtosis appears as a promising approach to detect click trains, alone or in combination with other clicks detector, and to isolate individual clicks.©2010 Elsevier Ltd

Roy, N., Y. SIMARD, C. GERVAISE, 2010. 3D tracking of foraging belugas from their clicks : experiment from a coastal hydrophone array. Applied acoustics, 71: 1050-1056.

[Résumé disponible seulement en anglais]
A simple passive acoustic monitoring (PAM) setup was used to localize and track beluga whales underwater in three dimensions (3D) in a fjord. In June 2009, beluga clicks were recorded from a cabled hydrophone array in a regularly frequented habitat in Eastern Canada. Beluga click energy was concentrated in the 30–50 kHz frequency band. The click trains detected on several hydrophones were localized from their time difference of arrivals. Cluster analysis linked localizations into tracks based on criteria of spatial and temporal proximity. At close ranges from the array, the localized click-train series allowed three-dimensional tracking of a beluga during its dive. Clicks within a train spanned a large range of durations, inter-click intervals, source levels and bandwidths. Buzzes sometimes terminated the trains. Repeated click packets were frequent. All click characteristics are consistent with oblique observations from the beam axis, and ordered variation of the source pattern during a train, likely resulting from a scan of angles from the beam axis, was observed before click trains indicated focusing of the echolocation clicks in one direction. The click-train series is interpreted as echolocation chasing for preys during a foraging dive. Results show that a simple PAM system can be configured to passively and effectively 3D track wild belugas and small odontocetes in their regularly frequented habitat.©2010 Elsevier Ltd.

SIMARD, Y., N. ROY, S. GIARD, C. GERVAISE, M. CONVERSANO, N. MÉNARD, 2010. Estimating whale density from their whistling activity : example with St. Lawrence beluga. Applied acoustics, 71: 1081-1086.

[Résumé disponible seulement en anglais]
A passive acoustic method is developed to estimate whale density from their calling activity in a monitored area. The algorithm is applied to a loquacious species, the white whale (Delphinapterus leucas), in Saguenay fjord mouth near Tadoussac, Canada, which is severely affected by shipping noise. Beluga calls were recorded from cabled coastal hydrophones deployed in the basin while the animal density was estimated visually from systematic observations from a fixed-point on the shore. Beluga calling activity was estimated from an algorithm extracting the call events in time–frequency space, while simultaneously tracking the masking intensity resulting from local shipping noise. The activity index was summarized in 15- and 30-min bins using four different metrics. For bins containing more than 40 % of valid data, the metrics were compared to the corresponding visual observations. The estimated mean acoustic detection range generally exceeded the fjord width, and extended to the whole 3-km long monitored area under low-noise conditions. The significant linear relations of the visual estimates with the calling activity metrics allowed assessing expected number of visually detected belugas in the basin from a weighted regression model, with a mean standard error of 7.1. %. Crown copyright ©2010 Elsevier Ltd.

SIMARD Y., N. ROY, 2008. Detection and localization of blue and fin whales from large-aperture autonomous hydrophone arrays: a case study from the St.Lawrence estuary. Can. Acoust., 36(1): 104-110.

La faisabilité d’utiliser la technologie de monitorage acoustique passif (PAM) pour suivre la distribution spatio-temporelle des rorquals bleus et communs dans le Parc Marin Saguenay-Saint-Laurent a été explorée à l’aide de réseaux d’hydrophones à maille lâche couvrant de grandes distances. Les réseaux ont été déployés pendant les étés 2003 à 2005 à la tête du chenal laurentien, profond de 300 m. Ils étaient composés de 5 hydrophones autonomes AURAL mouillés à mi-profondeur, près du couloir de son estival. Un petit réseau côtier de faible ouverture complétait le déploiement en 2003. Les ouvertures des réseaux étaient de 20 à 40 km et leurs configurations étaient changées à chaque année. Les vocalisations les plus fréquentes étaient les infrasons identitaires des rorquals bleus et communs. Le bruit de navires transitant dans la Voie Maritime achalandée du Saint-Laurent masquait souvent les vocalisations sur les hydrophones les plus proches, ce qui parfois résultait en un nombre insuffisant de récepteurs pour localiser les baleines à l’aide de méthodes utilisant les différences de temps d’arrivée (TDoA). Les caractéristiques techniques des réseaux et du traitement des données sont présentées avec un exemple de détection et de localisation. Malgré les difficultés inhérentes à cet environnement, la technologie PAM peut y être efficacement implémentée, éventuellement pour des opérations en temps réel.©2008 Association Canadienne d'Acoustique

ROY, N., Y. SIMARD, J. ROUAT, 2008. Performance of three acoustical methods for localizing whales in the Saguenay - St. Lawrence Marine Park. Can. Acoust., 36(1): 160-164.

Trois algorithmes sont explorés pour la localisation de vocalises de rorqual commun enregistrées par un réseau d'hydrophones à large ouverture déployé dans le Parc Marin du Saguenay-Saint-Laurent. Les méthodes doivent composer avec une vitesse du son variable dans l'espace et le temps, des erreurs dans les mesures des différences de temps d'arrivée (DTA) avec un environnement bruyant, et souvent un nombre limité d'hydrophones ayant capté un événement donné. Le réseau était composé de 5 hydrophones autonomes AURAL avec une ouverture totale d'environ 40 km, couplé avec 2 hydrophones d’un petit réseau côtier. La dérive des horloges des hydrophones autonomes a été évaluée avec un niveau d’incertitude à l'aide de sources aux temps connus ainsi que de la référence temporelle du réseau côtier. Les vocalises ont ensuite été localisées par la méthode à vitesse constante des hyperboles, par celle à vitesse variable des isodiachrones avec simulations de Monte-Carlo, et par un modèle de propagation de rayons. Les simulations de Monte-Carlo produisent des nuages de localisations possibles à partir des incertitudes sur les positions des hydrophones, sur les DTAs et sur les vitesses horizontales effectives du son le long des différentes trajectoires source-hydrophone. Le modèle de propagation des rayons produit une grille fixe de DTAs qui est ensuite consultée pour trouver les positions les plus probables des baleines. Les résultats des différentes méthodes sont comparés et leurs avantages ou limites relatives sont discutés.©2008 Association Canadienne d'Acoustique

SIMARD, Y., N. ROY, C. GERVAISE, 2008. Passive acoustic detection and localization of whales: Effects of shipping noise in Saguenay-St. Lawrence Marine Park. J. Acoust. Soc. Am., 123(6): 4109-4117.

[Résumé disponible seulement en anglais]
The performance of large-aperture hydrophone arrays to detect and localize blue and fin whales' 15-85 Hz signature vocalizations under ocean noise conditions was assessed through simulations from a normal mode propagation model combined to noise statistics from 15960 h of recordings in Saguenay-St. Lawrence Marine Park. The probability density functions of 2482 summer noise level estimates in the call bands were used to attach a probability of detection/masking to the simulated call levels as a function of whale depth and range for typical environmental conditions. Results indicate that call detection was modulated by the calling depth relative to the sound channel axis and by modal constructive and destructive interferences with range. Masking of loud infrasounds could reach 40 % at 30 km for a receiver at the optimal depth. The 30 dB weaker blue whale D-call were subject to severe masking. Mapping the percentages of detection and localization allowed assessing the performance of a six-hydrophone array under mean- and low-noise conditions. This approach is helpful for optimizing hydrophone configuration in implementing passive acoustic monitoring arrays and building their detection function for whale density assessment, as an alternative to or in combination with the traditional undersampling visual methods.©2008 Acoustical Society of America

SIMARD, Y., M. BAHOURA, C.W. PARK, J. ROUAT, M. SIROIS, X. MOUY, D. SEEBARUTH, N. ROY, R. LEPAGE, 2006. Development and experimentation of a satellite buoy network for real-time acoustic localization of whales in the St. Lawrence. 6 pages in Oceans 2006 MTS/IEEE, Boston revolutionizing marine science and technology, Boston, Massachusetts, September 18-21, 2006.

[Résumé disponible seulement en anglais]
An integrated system of intelligent acoustic buoys have been developed to detect, identify and localize whales in real-time in their environment and communicate this information to land-based stations or ships via satellite and Internet, and RF communications. The low-cost portable buoy network can be used as a marine mammal observatory to gather continuous space-time series of vocalizing animals over large basins, or as early warning systems for improving whale protection on navigation routes or around moving or fixed platforms during threatening high-level acoustic activity. The unit buoy is powered by two 12-V batteries connected to solar panels. The processor is an 800 MHz Pentium III PC equipped with 400-MB fast memory and a 100-GB hard disk. The clock is synchronized with the embarked GPS. Data from two georeferenced hydrophones equipped with depth and temperature sensors are flowing to a 16-bit 500-kHz A/D-DSP board. Two-way communication is through 900-MHz and an Iridium satellite modems. Specific whales target calls are detected in time-frequency domain after adaptive noise-filtration. The selected master buoy collects the precisely time-tagged detections from all units via RF communication, and locates the calling whales from hyperbolic and isodiachron-Monte Carlo fixing algorithms. A simple tracking algorithm then builds the individual tracks. All acoustic data or users' selected portions of them can be stored on the hard disk. The system is designed to accommodate future developments and be easily adapted to various tasks. It can be deployed as a drifting network or anchored to the bottom, as well as from the ice sheet. First sea trials will be in August 2006 in the St. Lawrence.©2006 IEEE

SIMARD, Y., N. ROY, C. GERVAISE, 2006. Shipping noise and whales : world tallest ocean liner vs largest animal on earth. 6 pages in Oceans 2006 MTS/IEEE, Boston revolutionizing marine science and technology, Boston, Massachusetts, September 18-21, 2006.

[Résumé disponible seulement en anglais]
The noise spectra radiated by the world tallest ocean liner, the Queen Mary II (QM2), when she sailed over the blue whale feeding ground of the Saguenay—St. Lawrence Marine Park in Sept. And Oct. 2004 are presented. Recordings for her 4 transits were made from an array of AURAL autonomous hydrophones moored at mid water depth along the navigation corridor at the head of the Laurentian channel. Typical ship noise Lloyd's mirror patterns on spectrogram generally allowed identification of the closest points of approach (CPA) to the hydrophones. The analysis of the Doppler shift of stable QM2 spectral rays allowed estimating CPA ranges and sailing speed. QM2 noise signature is characterized by several strong rays between ˜100 to 500 Hz, likely from her propulsion pods. Her average noise spectra are however enclosed within the envelope of the merchant ship noise measured in the area, except for high peaks below 40 Hz and the above rays. Broadband (10-1000 Hz) rms levels varied from 121 to 136 dB re 1μPa. As for most other merchant ships, this radiated shipping noise makes a barrier masking the low-frequency vocalizations of calling blue and fin whales over a large part of the basin.©2006 IEEE

SIMARD, Y., M. BAHOURA, N. ROY, 2004. Acoustic detection and localization of whales in Bay of Fundy and St. Lawrence estuary critical habitats. Can. Acoust., 32(2): 107-116.

La détection et la localisation de mammifères marins à l'aide de l'acoustique passive est explorée pour deux habitats critiques dans l'est du Canada. La technique de localisation par hyperboles en deux dimensions est utilisée à partir des différences de temps d'arrivée à des réseaux de systèmes d'enregistrements autonomes largement espacés, ainsi qu'à un réseau serré d'hydrophones reliés à la côte. Les délais d'arrivée sont calculés par inter-corrélation ainsi que par inter-coincidence des spectrogrammes des signaux rehaussés par des techniques de rehaussement des hautes fréquences et de soustraction spectrale du bruit. Les résultats et la performance relative des deux méthodes sont comparés. Les difficultés rencontrées dans le contexte des conditions particulières de ces deux environnements sont discutées par rapport à l'automatisation de la localisation pour le monitorage des baleines.©2004 Association canadienne de l'acoustique

GILBERT, D., A.F. VÉZINA, B. PETTIGREW, D.P. SWAIN, P.S. GALBRAITH, L. DEVINE, N. ROY, 1997. État du golfe du Saint-Laurent : conditions océanographiques en 1995. Rapp. tech. can. hydrogr. sci. océan., 191, 113 p .

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Nous présentons un survol des conditions océanographiques dans le golfe du Saint-Laurent pour l'année 1995. Les faits saillants sont que 1) les températures de l'air en hiver étaient près des normales dans l'ouest du Golfe, mais se situaient près de 2 °C sous la normale dans l'est du Golfe; 2) l'été fut chaud et sec dans l'ouest du Golfe; 3) la couverture de glace a été légèrement supérieure à la normale, avec des conditions de glace généralement plus difficiles dans le nord-est du Golfe que dans l'ouest; 4) la température du cœur de la couche intermédiaire froide a été plus basse que la normale 5) la superficie où la température près du fond est inférieure à 0 °C a atteint un record maximal dans le sud du Golfe; 6) les couches profondes se sont refroidies par rapport à 1994, ce refroidissement étant plus intense dans la couche 100-200 m (0.9 °C) que dans la couche 200-300 m (0.3 °C); 7) la concentration d'oxygène dissous dans la couche 200-300 m était légèrement sous la moyenne de 1981-1995 aux sections du détroit de Cabot et du détroit d'Honguedo; 8) la répartition spatiale de la chlorophylle et du nitrate dans la couche de surface correspondait approximativement aux patrons dégagés des données historiques, c'est à dire un gradient de biomasse décroissant de l'ouest et du sud vers l'est et le nord et fortement inversement corrélé à la salinité; 9) dans le détroit de Northumberland, les concentrations de chlorophylle près du fond étaient beaucoup plus élevées qu'ailleurs dans le Golfe.