Talking clams, un projet pour comprendre et donner à comprendre

(ce texte a été posté initialement sur le forum Biodiversité, Ecosystèmes mais à la lecture du chapeau introductif, il a peut-être aussi sa place içi)

Comprendre et faire comprendre l'impact de l'anthropisation est un challenge fantastique pour la communauté scientifique. Donner, en temps quasi réel, la possibilité d’être informé aux populations est donc fondamental. L’utilisation de capteurs utilisant les capacités d’animaux à « goûter » la qualité de l’eau en continue est une des voies possibles de surveillance intégrée de ces milieux. Elle a l’avantage pour le grand public et les non spécialistes d’être sans doute plus parlante que des listes d’analyses chimiques. Suivre la mesure d’un index de croissance d’individus ou l’expression de rythmes biologiques en fonction de l’heure du jour, des marées, est aussi un formidable « thermomètre » généraliste pour voir l'état de santé général d’un écosystème tout au long de l’année. Talking clams est le projet Arctique de MolluSCAN eye (http://molluscan-eye.epoc.u-bordeaux1.fr/).

Les premiers enregistrements du comportement de mollusques bivalves datent de 1900. A l’époque, on utilisait des bouts de ficelles et du bois pour enregistrer l’activité d’un animal, sur une table, à côté d’un rouleau enregistreur au noir de fumée, pendant quelques minutes ou quelques heures. Avec le développement extraordinaire ces dernières années de l’électronique embarquée, d’internet et des réseaux de téléphonie mobile, on peut maintenant surveiller en continu, tout au long de l’année et depuis n’importe quel ordinateur, le comportement d’animaux situés à distance, dans des endroits peu accessibles comme l’Arctique. Dans ces régions, la surveillance tout au long de l'année de la qualité des eaux côtières pose des problèmes très particuliers, à la fois à cause du climat, de la nuit polaire et des difficultés et coûts logistiques. Le développement de systèmes d’acquisition à distance, robustes et autonomes, fonctionnels toute l’année, y est donc fondamental. Ces systèmes doivent aussi présenter si possible des capacités d'intégration de l’information. Nous sommes un groupe international (français, norvégien, russe et américain) actif dans ce domaine en Arctique depuis 2008 (voir note de bas de page (i)). Notre 1ère station d’acquisition automatique a été mise en place en Mars 2011 dans le fjord de Tromso, Norvège (69°N). La 2ème a été installée à Ny Alesund, Svalbard (79°N) en Mai 2012 et les 3 et 4èmes à Dalnie Zelentsy, NE de Murmansk, Russie, début Octobre 2012 (69°N). Elles fonctionnent en permanence, 24h/24, 7j/7 et sont conçus pour ne pas demander d’intervention humaine sur site pendant au moins 1 an, tout en envoyant chaque jour les données collectées la veille à notre base d’Arcachon.

En pratique nous collectons en temps quasi réel des informations sur la physiologie et le comportement de groupes de 16 bivalves in situ, principalement Chlamys islandica, incluant l'estimation permanente d'un état de quiétude ou de stress, l’acquisition d’un index journalier de croissance par individu et l’expression de leurs rythmes biologiques. L’idée de base est d’avoir des informations sur la vie du groupe, et au-delà l’évolution de leur écosystème, via des informations obtenues en ligne sur l'état physiologique des individus. On considère bien sûr que cet état dépend étroitement de la qualité au sens large de l'eau dans laquelle ils vivent. La technique est à la fois simple et compliquée et tout est conçu à partir de l'idée que les animaux ne doivent pas sentir qu'ils sont appareillés. En bref, on colle sur les valves de petits électro-aimants (< 1 g) pour mesurer en permanence l’état d’ouverture des valves et leur croissance. Une 1ère carte électronique gère les électrodes à côté des animaux. Une 2ème en surface gère l’acquisition en assurant une mesure toutes les 0.1 s et la transmission quotidienne des informations par protocole GPRS et/ou internet. Le tout est un microordinateur conçu et fabriqué spécifiquement pour le projet, fonctionnant sous Linux embarqué et consommant moins de 1 W. Les données sont réceptionnées à Arcachon sur une station de travail biprocesseur 8 cœurs, traitées automatiquement par modélisation stochastique, puis immédiatement publiées sous forme de graphiques dynamiques en fonction du temps, des rythmes jour/nuit et de la marée. Le but de toute cette technologie est d'avoir à distance, quotidiennement, une image fiable et facile à lire de l'état de santé des animaux et de leur développement. Chaque matin, une partie des résultats est mise en accès public et nous disposons aussi d'un site professionnel plus complet. Pour cela nous avons créé dès 2006 un site web dédié, français-anglais, l’Œil du Mollusque (google : œil du mollusque ou molluscan eye; http://molluscan-eye.epoc.u-bordeaux1.fr/) où on trouve plus de détails sur le projet global et des enregistrements de la veille venant en direct de l’Arctique. Pour finir, nous participons aussi à une exposition permanente dans le musée Polaria à Tromso, Norvège, où notre démarche est présentée aux visiteurs.

(i) Coordination Akvaplan-niva dans l’Arctique norvégien et UMR 5805 EPOC-MMBI dans l’Arctique russe. Financements : NRC, Centre FRAM, CNRS, Univ. de Bordeaux, Région Aquitaine et industriels (TOTAL, Statoil Arctos Arctic Research Programme)

Pour en savoir plus sur la manière de mesurer chez un mollusque bivalve, en ligne et à distance:

un index de croissance:
Schwartzmann et al. (2011) In situ giant clam growth rate behavior in relation to temperature: a one year coupled study of high-frequency non-invasive valvometry and sclerochronology. Limnol. Oceanogr. 56(5): 1940-1951

l'expression des rythmes biologiques circadiens et tidaux
Tran et al (2011) Field chronobiology in a molluscan bivalve: how the moon and sun cycles interact to drive oyster activity rhythms. Chronobiol. Int. 28: 307-317

et pour des informations sur les outils mathématiques utilisés pour traiter le signal
Sow et al. (2011) Water quality assessment by means of valvometry and high-frequency data modeling. Environmental Monitoring and Assessment. 182:155-170
Schmitt et al. (2011) Statistical analysis of bivalve high frequency microclosing behavior: scaling properties and shot noise modeling. Inter. J. Bifurcation and Chaos. 21(12): 3565-3576