2024-06-14 22:08:45
(De gauche à droite) Adam Grodek, Sean Bennett et Kevin Cullinan observent des ménés émeraude nager dans un canal expérimental. Ces observations ont servi de base à la passe à poissons de Freedom Park. Photo : Douglas Levere/Université de Buffalo
Les modèles expérimentaux de détection de canaux et d’objets des chercheurs de l’UB éclairent la construction en cours de la passe à poissons de la rivière Niagara
Date de sortie : 14 juin 2024
BUFFALO, NY — Des chercheurs de l’Université de Buffalo examinent un canal d’eau courante peu profonde de 24 pieds de long. À l’intérieur, une douzaine de ménés émeraude tentent furieusement de nager à contre-courant.
Ça ne va pas bien pour les brillants.
Ces minuscules proies ont soutenu des vitesses de nage d’environ 0,4 mètre par seconde – avec des vitesses d’éclatement jusqu’au double – mais le courant du canal coule à environ 0,4 mètre par seconde, donc, malgré tous leurs efforts, les ménés nagent pour rester en place. .
Pourtant, une certaine force commence à rassembler ces poissons disparates. Un groupe de deux rejoint un groupe de huit, qui rejoint ensuite un autre groupe de quatre. Ce n’est qu’une fois que les 14 ménés nagent ensemble en formation serrée qu’ils commencent enfin à remonter le courant.
La vidéo de cette expérience sera intégrée à des outils d’intelligence artificielle capables de suivre le mouvement de chaque poisson, ainsi que la vitesse de l’eau.
Ce type de données a servi de base à la construction d’une passe à poissons libre le long de la digue du Buffalo’s Freedom Park, situé près du Peace Bridge, en 2022. Dix déflecteurs en acier de forme trapézoïdale fixés au mur ralentissent la vitesse de la rivière Niagara pour permettre à l’émeraude les ménés noirs nagent plus facilement en amont jusqu’au lac Érié, où ils contribuent à la santé de l’écosystème, notamment des oiseaux et des poissons de sport menacés. Ces résultats ont été décrits dans une étude publiée plus tôt cette année dans Génie écologique.
Aujourd’hui, le Corps des ingénieurs de l’armée américaine se prépare à installer des chicanes sur les 700 pieds restants de digue. Le projet de 5 à 10 millions de dollars fait actuellement l’objet d’un appel d’offres.
Les méné émeraude forment un groupe à l’intérieur du canal afin de nager en amont. Vidéo gracieuseté de Sean Bennett
En plus d’aider les ménés émeraude sauvages et le reste de l’écosystème de la rivière Niagara, les expériences en cours des chercheurs de l’UB avec le canal et l’IA peuvent faire la lumière sur les aspects fondamentaux du comportement de tous les poissons.
« Nous essayons de comprendre ce qui détermine le déplacement d’un poisson d’un point A à un point B. Réagit-il à la vitesse d’écoulement ou aux turbulences ? Ou est-ce que cela répond à autre chose ? dit l’un des chercheurs, Sean Bennett, PhD, professeur au département de géographie de l’UB et doyen associé au Collège des arts et des sciences de l’UB. « Je suis convaincu qu’au moment où deux poissons se voient dans le canal, leur comportement change. À tort ou à raison, je pense que tous les poissons réagissent les uns aux autres.
Collecte de données pour la construction d’une passe à poissons
Les méné émeraude, ou Notropis atherinoides, mesurent à peu près la longueur d’un doigt. Ils sont couramment utilisés comme appâts.
« Malgré leur taille, ils jouent un rôle crucial dans la survie des autres espèces sauvages de la rivière Niagara et des Grands Lacs », explique Bennett.
Dix déflecteurs ont été installés le long de la digue du Freedom Park de Buffalo, ralentissant la vitesse de la rivière Niagara pour permettre aux méné émeraude de nager plus facilement en amont jusqu’au lac Érié. Photo : Sean Bennett
La digue artificielle de Freedom Park avait déjà été identifiée comme une barrière à la migration des ménés vers le lac Érié. Les vitesses moyennes en profondeur adjacentes à la digue varient de 0,8 à 1,2 mètres par seconde, beaucoup plus rapides que les vitesses de nage soutenues des méné émeraude.
La solution semblait être une passe à poissons libre le long du mur avec des vitesses plus faibles, mais à quelle vitesse ? Et les brillants l’utiliseraient-ils même ?
Bennett et son équipe ont répondu à ces questions via leur canal de recirculation. Construite par Kevin Cullinan du College of Arts and Sciences Instrument Machine Shop, la structure peut imiter de véritables environnements aquatiques et a été utilisée pour tout étudier, de l’érosion des sols à la façon dont les moules marines façonnent les lits des rivières.
« Il serait pratiquement impossible de faire cette recherche sur le terrain. Les méné émeraude sont des poissons extrêmement fragiles, il est donc hors de question d’implanter tout type de dispositif de suivi », explique Bennett, qui gère le canal. “De plus, nous pouvons garantir que nos résultats sont précis et reproductibles, et c’est ce que la communauté scientifique attend de la recherche expérimentale.”
L’équipe utilise une caméra vidéo aérienne et un modèle de détection d’objets pour suivre les mouvements des ménés, ainsi que la vitesse de l’eau, à l’intérieur du canal. Photo : Douglas Levere/Université de Buffalo
Un autre avantage du canal est qu’il a permis aux chercheurs d’utiliser l’IA pour analyser la position du poisson par rapport aux déflecteurs et à la vitesse de l’eau. À l’aide d’une vidéo prise par une caméra montée au-dessus du canal, un modèle de détection d’objets a correctement identifié les poissons dans le cadre dans 94 % des cas. La vidéo a également été utilisée pour décrypter la vitesse en suivant le mouvement des particules dans l’eau.
“À partir d’une image vidéo, nous pouvons déterminer l’emplacement du poisson et le champ d’écoulement instantané autour de ce poisson”, explique Adam Grodek, doctorant au Département de géographie et membre de l’équipe de recherche.
Suite à des expériences, le modèle a trouvé des preuves que les poissons dans le canal nageaient généralement en amont et vers les chicanes et choisissaient de rester près des chicanes.
S’appuyant sur ces données, des déflecteurs ont été installés à Freedom Park, anciennement connu sous le nom de Broderick Park, grâce au financement de l’Initiative de restauration des Grands Lacs du gouvernement fédéral.
Les résultats de l’étude des chercheurs montrent que les déflecteurs ont réduit la vitesse d’écoulement près du rivage à environ 0,4 à 0,6 mètre par seconde, dans la plage de vitesses acceptable pour les têtes noires. Un grand nombre de ménés ont été observés nageant en amont le long des chicanes de la digue, tandis que des ménés éloignés du mur ont été observés étant maîtrisés par le courant et emportés vers l’aval.
La tête émeraude est une petite proie qui est néanmoins essentielle à l’écosystème de la rivière Niagara. Photo : Douglas Levere/Université de Buffalo
Explorer les principes fondamentaux du comportement des poissons
Nager ensemble dans un banc peut aider les poissons à réduire les frictions et à traverser plus facilement les eaux agitées. Ce n’est pas sans rappeler un groupe d’oiseaux ou même des avions de combat se déplaçant en formation en V pour améliorer leur aérodynamisme.
Mais comment les poissons savent-ils faire cela ?
C’est l’une des questions fondamentales auxquelles l’équipe de Bennett utilise désormais le canal et l’IA pour répondre.
Bennett et Grodek collaborent avec Joseph Atkinson, PhD, professeur au Département de génie civil, structurel et environnemental, École d’ingénierie et des sciences appliquées. Parmi les autres collaborateurs figurent le Army Corps of Engineers Buffalo District et la SUNY Buffalo State University.
L’équipe forme actuellement un modèle de détection d’objets pour suivre les poissons même lorsqu’ils se déplacent selon des schémas entrecroisés. Une fois les données collectées, un modèle basé sur des agents sera construit pour simuler ce mouvement.
« C’est un peu comme étudier comment les gens quitteraient une salle de cinéma si quelqu’un criait « au feu ». Vous pouvez créer des règles sur la manière dont les agents interagissent avec d’autres agents afin de naviguer dans ce domaine spatial », a déclaré Bennett.
Il y a encore beaucoup de choses que les scientifiques ignorent sur la façon dont les poissons coordonnent leurs mouvements pour maintenir la forme de leur banc. Réagissent-ils aux mouvements des autres poissons ou suivent-ils simplement le chemin des turbulences inférieures ?
“Nous ne savons pas encore dans quelle mesure les groupes de poissons modifient leur comportement”, explique Bennett. “Nous souhaitons vraiment savoir comment séparer le comportement d’un poisson individuel de sa transition vers un comportement de groupe.”
Coordonnées des médias
#Les #déflecteurs #digue #lIA #aident #les #méné #émeraude #nager #jusquau #lac #Érié
1718394288