D3 Télémétrie GPS/IMU

Topique

Un enregistreur GPS haute fréquence, capable d'enregistrer une position au moins une fois par seconde, associé à une centrale inertielle (IMU) intégrant un accéléromètre, un gyroscope et un magnétomètre, permet de reconstituer la trajectoire tridimensionnelle complète d'un oiseau en vol libre, sans observation directe ni capture. Cette combinaison d'un enregistreur GPS haute fréquence et d'une centrale inertielle constitue la méthode d'observation la plus performante pour étudier la dynamique du vol d'un oiseau et ses différents modes de vol, car elle fournit directement les variables d'état du système de vol : la position, la vitesse, l'angle de trajectoire et le taux ascensionnel de l'oiseau à chaque instant.

Cependant, la vitesse mesurée directement par cet enregistreur GPS haute fréquence est la vitesse relative au sol, tandis que les modules aérodynamiques décrivant la portance et la traînée de l'oiseau nécessitent, quant à eux, la vitesse air – la vitesse de l'oiseau par rapport à l'air ambiant, et non par rapport au sol. Pour passer de l'une à l'autre, il faut soustraire le vecteur vent soufflant au même instant et au même endroit de la vitesse sol. Ces données ne sont pas mesurées directement par l'enregistreur GPS haute fréquence et doivent être obtenues par radiosondage ou à l'aide de modèles météorologiques.

Cette trajectoire tridimensionnelle reconstituée est particulièrement utile pour étudier la réaction d'un oiseau face à un environnement extrême : l'altitude de vol, extraite directement de la position fournie par l'enregistreur GPS haute fréquence, ainsi que les variations de vitesse et d'angle de trajectoire détectées par la centrale inertielle lorsque l'oiseau rencontre de l'air de faible densité ou de fortes turbulences, laissent une signature caractéristique sur la trajectoire. Cette signature peut être extraite automatiquement, sans qu'un observateur humain soit présent pendant cette partie du vol.

Cette même trajectoire tridimensionnelle laisse également une autre signature caractéristique lorsqu'un oiseau migrateur s'arrête avant d'avoir terminé une longue étape : une halte migratoire est identifiée dans la trajectoire car la position de l'oiseau cesse d'avancer dans le sens de la migration pendant une période prolongée. Cet arrêt, détecté automatiquement grâce à la position fournie par l'enregistreur GPS haute fréquence, indique que l'oiseau a épuisé ses réserves de graisse et doit s'arrêter pour les reconstituer avant de reprendre sa route.

Ces deux signatures distinctives – l'une laissée par un environnement extrême sur l'altitude et la vitesse de l'oiseau, et l'autre par une halte migratoire sur sa position – font de la combinaison d'un enregistreur GPS haute fréquence et d'une centrale inertielle la méthode d'observation la plus cruciale pour détecter, à partir d'une simple trajectoire tridimensionnelle reconstituée sur le terrain, à la fois le moment où un oiseau en bonne santé atteint la limite de ses capacités en raison des conditions atmosphériques rencontrées, et le moment où ses réserves de graisse ne lui permettent plus de voler sans interruption.

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