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D'après : BALLADES DANS L’INAUDIBLE - IDENTIFICATION ACOUSTIQUE DES CHAUVES-SOURIS DE FRANCE
Michel BARATAUD
Editions SITTELLE, 1996

L’oreille humaine perçoit les ondes sonores entre 20 et 20 000 Hertz (20 KHz). Les chauves-souris émettent des signaux d’écholocation entre 18 et 115 KHz. Il est donc nécessaire d’utiliser un appareil permettant de retranscrire les ultrasons en sons audibles. Pour cela, trois techniques sont utilisées :

- Division de fréquence
Cette technique permet de diviser par 10 ou 20 la fréquence d’un signal de manière à le rendre audible. Ce système fonctionne sur une large bande de fréquences, ce qui permet de ne manquer aucun contact acoustique. Cependant, les sons perçus dans ce cas sont atténués en intensité, et leur structure altérée, ce qui rend l'écoute inconfortable et inefficace pour l’identification. En France, cette méthode n’est utilisée que pour réaliser des enregistrements en continu ou lors de points d’écoute pour quantifier l’activité.

- Hétérodyne
Lorsque deux sons sont émis simultanément, il en résulte deux combinatoires, dont un son différentiel (sa fréquence est égale à la différence des fréquences des deux sons initiaux). Ainsi, pour des sons simultanés de 45 et 43 kHz, le son différentiel sera de 2 kHz. C’est ce principe physique qui est utilisé dans le détecteur hétérodyne. L'appareil émet dans son circuit interne une fréquence constante, ajustable grâce à un variateur. Cette fréquence va être comparée à celle du signal capté par le micro, donc émis par la chauve-souris. Lorsque la différence entre les deux signaux devient nulle, aucun son n'est audible théoriquement : c'est le battement zéro. En pratique, le battement zéro correspond au son le plus grave possible, car la fréquence constante du détecteur est comparée non pas à une fréquence unique, mais à l’ensemble des fréquences qui composent le signal d'un chiroptère. Le battement zéro absolu n’existe donc pas pour les émissions des chiroptères.

Il existe trois grands types de signaux, caractéristiques de certains taxons (figures 1, 2 et 3) : les fréquences constantes (rhinolophes), les fréquences modulées aplanies (pipistrelles, sérotines, noctules) et les fréquences modulées abruptes (murins, oreillards, barbastelles).

Figure 1 : fréquence constante :

Figure 2 : fréquences modulées aplanies :

Figure 3 : fréquences modulées abruptes :

Pour une fréquence modulée abrupte, le battement zéro se situera sur une zone de fréquences et non pas sur une fréquence précise ; il sera donc impossible de l’estimer en hétérodyne. On utilise dans ce cas un autre système : l’expansion de temps.

- Expansion de temps
Les détecteurs à expansion de temps sont dotés d'une mémoire numérique dont la capacité varie de 0,7 à 12 secondes selon les modèles, et qui enregistrent toutes les informations sonores situées dans une très large gamme de fréquences (10 à 150 ou 200 kHz). L’enregistrement est ensuite ralenti d’un facteur variant de 2 à 50 selon les modèles (10 ou 20 pour les détecteurs de terrain actuellement disponibles). La fréquence de chaque signal est ainsi ramenée dans les limites audibles par l’oreille humaine. Les sons expansés peuvent faire l'objet d'analyses sur ordinateur, permettant ainsi d’augmenter les possibilités d’identification. Le logiciel Batsound de Pettersson Electronic® est le plus utilisé en France.


Vocabulaire :

Battement zéro
voir « Hétérodyne »

Cris sociaux
Les chiroptères émettent 2 grands types de signaux acoustiques : des émissions destinées à sonder leur environnement pour un repérage des objets et des proies (« écholocation »), et des émissions de communication intraspécifique, voire interspécifique. Quatre types de messages au minimum ont été mis en évidence : - « l'agressivité » : signal émis à l'intention des congénères arrivant sur le terrain de chasse où les proies sont peu nombreuses ; - le balisage territorial à l'intention des congénères mâles ; - l'appel des mâles destiné aux femelles en période d'accouplements (souvent émis depuis un gîte nocturne) - la communication entre une femelle et son jeune au sein de la colonie de mise-bas. D'une façon générale, ces signaux, appelés cris sociaux, se situent sur des fréquences basses (14 à 25 kHz) et présentent une structure F.M. différente des signaux d'écholocation, ce qui s'entend bien en expansion de temps.

Division de fréquence
Technique équipant certains détecteurs. Elle divise par un facteur constant, 10 ou 20, la fréquence d’un signal de manière à le rendre audible. Ce système fonctionne sur une large bande de fréquences ; ainsi l'auditeur ne manque aucun contact acoustique, même sur des fréquences éloignées de celles affichées sur le détecteur. Cependant, les sons perçus dans ce cas sont atténués en intensité, et leur structure altérée, ce qui rend l'écoute inconfortable et inefficace pour l’identification.

Etalonnage de fréquences
A l'usage, sur les détecteurs munis d’un simple bouton gradué pour le réglage de la fréquence, l'affichage de la fréquence peut se décaler par rapport au signal de référence produit par le circuit interne. La lecture du battement zéro est donc faussée et peut conduire à des erreurs de détermination. Il faut alors étalonner l'appareil, à partir d'une source ultrasonore F.C. de fréquence connue (c'est à dire effectuer le battement zéro et mettre en concordance l'affichage avec la fréquence d'émission). Les modèles à affichage numérique ont l'avantage d'être munis d'un oscillateur qui contrôle en permanence l'étalonnage correct de la fréquence affichée, ce qui annule cet inconvénient.

Expansion de temps
Les détecteurs à expansion temporelle sont dotés d'une mémoire numérique, dont la capacité varie de 0,7 à 12 secondes selon les modèles. Lorsqu'on presse le bouton de stockage de la mémoire, cette dernière stocke toutes les informations sonores situées dans une très large gamme de fréquences (10 à 150 ou 200 kHz). Le contenu de la mémoire est ensuite restitué, ralenti par un facteur variant de 2 à 50 selon les modèles (10 ou 20 pour les détecteurs « de terrain » actuellement disponibles). La fréquence de chaque signal est ainsi abaissée par le même facteur, et ainsi ramenée dans les limites audibles par l’oreille humaine qui peut appréhender la structure du signal grâce à leur durée rallongée. Cette dernière particularité améliore les possibilités de détermination acoustique. Enfin les sons expansés, contrairement à ceux obtenus par l'hétérodyne, peuvent faire l'objet d'analyses en laboratoire.

Fréquence
Un son résulte d'une vibration mécanique qui se propage dans un élément (l'air en ce qui concerne l'étude des chiroptères). Plus le nombre de vibrations par seconde est élevé, plus le son est aigu (au-delà de 18.000 / sec. environ ces vibrations sont trop rapides pour être analysées par notre oreille : on les qualifie alors d'ultrasons). Ce nombre de vibrations par seconde s'appelle la fréquence ou la hauteur du son.

Fréquence constante (FC)
Lorsqu'un signal couvre une fréquence unique inchangée sur toute sa durée, il a une fréquence constante. Un exemple connu de tous est celui de la tonalité du téléphone. Les Rhinolophidés sont les seuls chiroptères à utiliser en permanence ce type d'émission (avec toutefois une partie F.M. abrupte en début et fin de signal).

Fréquence modulée abrupte (FM abrupte)
La fréquence est modulée quand elle varie au cours de la durée d'un signal. Les signaux d'écholocation des chiroptères descendent à partir d'une fréquence initiale vers une fréquence terminale plus basse. Si l'écart entre ces deux fréquences est grand (large bande de fréquence), le balayage de forme linéaire ou hyperbolique, et le signal court, on parle d’une F.M. abrupte. Une chauve-souris qui s’approche d'un obstacle raccourcit la durée de ses signaux et augmente leur largeur de bande. C'est la raison pour laquelle toutes les espèces utilisant la F.M. aplanie ou Quasi F.C. (voir ci-dessous) dans leur environnement normal (Noctules, Sérotines, Pipistrelles, Vespère, Minioptère, Molosse) deviennent difficiles à différencier lorsqu'elles se rapprochent du feuillage ou de bâtiments. En effet, les structures de signal convergent vers un stéréotype, sous la pression environnementale.

Fréquence modulée aplanie (FM aplanie)
Chez plusieurs espèces de chiroptères (Noctules, Sérotines, Pipistrelles, Vespère, Minioptère, Molosse), les signaux de croisière débutent par une séquence F.M. abrupte à laquelle succède une séquence F.C. ou quasi F.C.. Sur un spectrogramme (voir ci-dessous) cela donne un aplanissement, à l'origine de la dénomination.

Harmonique
Les harmoniques sont des fréquences multiples d’une fréquence fondamentale, qui est en général la plus intense. Beaucoup d'espèces de chiroptères émettent des harmoniques. Elles augmentent ainsi la bande de fréquences, ce qui améliore la perception des détails de leur environnement. Chez les Rhinolophes, la fréquence annoncée (par ex. 82 kHz pour un Grand Rhinolophe) correspond au 4e harmonique et non à la fréquence fondamentale (env. 20 kHz) que l’on entend pas chez l’individu adulte. En effet, chez les Rhinolophes qui sont une exception, l’harmonique est d'amplitude plus forte que le son fondamental. q Hétérodyne Lorsque 2 sons sont émis simultanément, on perçoit un mélange de leurs fréquences propres, plus un ensemble de sons combinatoires, dont un son différentiel. Sa fréquence est égale à la différence des fréquences des deux sons initiaux. Par exemple, pour des sons simultanés de 9 et 10 kHz, le son différentiel sera de 1 kHz. Ce principe physique est utilisé dans le détecteur hétérodyne. L'appareil émet dans son circuit interne une fréquence constante, ajustable grâce un variateur. Cette fréquence va être comparée à celle du signal capté par le micro. Par exemple, le détecteur est réglé sur 40 kHz, et une Pipistrelle de Kuhl s’approche, en émettant sur 36 kHz. Aucune de ces deux fréquences n'est audible, par contre leur son combinatoire différentiel de 4 kHz, se trouve dans notre spectre audible (0,02 kHz à 18 kHz environ pour l’oreille humaine.). Si le manipulateur se rapproche de 36 kHz en agissant sur le variateur, la différence ira en diminuant, donc le son deviendra de plus en plus grave. Ceci jusqu'à 36 kHz, où la différence devient nulle et aucun son n'est audible théoriquement : c'est le battement zéro. En pratique, le battement zéro correspond au son le plus grave possible, car la fréquence constante du détecteur est comparée non pas à une fréquence unique, mais à l’ensemble des fréquences qui composent le signal d'un chiroptère. Le battement 0 absolu n’existe donc pas pour les émissions des chiroptères.

D’après le croquis ci-dessus, le son restitué à l'auditeur est un mélange de toutes les fréquences différentielles entre la fréquence C (25 kHz) et chacune des fréquences constituant la bande du signal reçu. Par exemple entre C et B la différence est de 3 kHz, entre C et A elle est de 5 kHz, etc. Dans ce type de signal (F.M. aplanie), le battement zéro s'effectue sur 25 kHz car c'est la fréquence qui contient le plus d’énergie : en effet, le signal balaye pendant seulement 2 ms une bande de 5 kHz située entre 30 à 25 kHz. Puis il « s'attarde » pendant 3 ms sur une seule fréquence (25 kHz) qui va donc cumuler plus d'énergie que n'importe quelle autre.

Le système hétérodyne ne travaille pas sur l'ensemble de la gamme de fréquence en même temps. Un filtre limite une fenêtre de sensibilité d'environ 10 kHz. Autrement dit, un détecteur réglé sur 40 kHz travaillera entre 35 et 45 kHz. Cette fenêtre se déplace lors du réglage du variateur de fréquences. Reprenons l'exemple du croquis ci-dessus : - lorsque le détecteur est ajusté sur 25 kHz, la totalité du signal est située dans la fenêtre de sensibilité. - Quand on s'éloigne par excès ou par défaut de cette valeur, le son restitué va augmenter en fréquence. Mais il est différent si on monte au-dessus de 25 kHz (le signal reste dans la fenêtre), ou si on descend par exemple sur 23 kHz (les hautes fréquences du signal - 28 à 30 kHz - sortent de la fenêtre et ne sont plus intégrées dans la mesure). Cette différence de structure de part et d'autre du battement zéro sur des signaux F.M. aplanie, permet à l'auditeur, avec l'expérience, d'augmenter considérablement l'efficacité du réglage de la fréquence. Dans un signal F.M. abrupte, le pic d’énergie créé par un éventuel pic d'amplitude est bien plus faible que celui créé par un aplanissement dans le cas d’une FM aplanie. Le battement zéro se situera donc sur une zone de fréquences et non pas sur une fréquence précise, et les différences de structure audible de part et d'autre seront à peine perceptibles.

kHz
= kilo Hertz = 1000 Hertz. 1 Hertz = 1 vibration par seconde. C'est l'unité de mesure de la fréquence.

Modulation d'amplitude sinusoïdale (MAS)
La plupart des signaux de chiroptères présentent une variation d'amplitude ; cela se limite généralement à un pic d'énergie. Chez plusieurs espèces, la modulation d'amplitude peut prendre une forme sinusoïdale, notamment dans le cas des signaux émis au-dessus de l'eau. En expansion de temps, cette structure est perceptible à l'oreille, le son est « roulé ».

Pic d'énergie
Au cours d'un signal, l'intensité est souvent inégalement répartie selon les fréquences. Elle peut augmenter brusquement sur une bande de fréquences restreinte. On parle alors de pic d'énergie.

Quasi Fréquence Constante (QFC)
En milieu très ouvert, les espèces pratiquant la F.M. aplanie suppriment souvent la partie F.M. du début. Le signal couvre une bande de fréquences très étroite (< 5 kHz), et prend presque l'allure et la sonorité d'une fréquence constante. On parle alors de QFC. Ce type de signal, d'autant plus riche en énergie qu'il est long, permet à une chauve-souris de sonder l'environnement loin devant elle. Il lui fournira cependant en écho une information limitée : présence ou absence d'une proie ou d'un obstacle.

Séquence de capture
A l’approche d'une proie, l'écho des signaux d’un chiroptère lui revient d'autant plus vite que la distance émetteur - cible diminue. Le nombre d'impulsions par seconde augmente donc progressivement : de 13 à plus de 100 par seconde chez Myotis daubentonii par exemple. Ces séquences de captures sont parfaitement perceptibles en hétérodyne ou en expansion, et permettent de connaître l'activité des chiroptères. En comparant le nombre de séquences de capture par unité de temps dans les différents milieux inventoriés, on peut attribuer à chacun d’eux un indice de valeur trophique.

Son fondamental
voir « Harmoniques »