Le pesage pour la science halieutique et la recherche marine en mer

Pourquoi les données de poids comptent en science halieutique

Le poids est l'une des mesures fondamentales de l'évaluation des stocks de poissons : les poids de capture des campagnes, les poids individuels des poissons et les poids d'organes sont convertis en indices d'abondance, poids selon l'âge, maturité et condition, qui informent à leur tour les avis de capture. Un navire de recherche est donc un laboratoire de mesure flottant, et les balances à bord sont des instruments de mesure dont les erreurs se répercutent jusque dans les avis scientifiques.

En Europe, la collecte de données biologiques sur les stocks commerciaux et la conduite des campagnes de recherche en mer sont organisées dans le cadre européen de collecte de données, le règlement (UE) 2017/1004. Beaucoup de ces campagnes sont coordonnées à l'échelle internationale par le Conseil international pour l'exploration de la mer (CIEM), qui publie des manuels de campagne afin que les navires de différents pays échantillonnent de la même manière. La campagne internationale de chalutage de fond en mer du Nord (IBTS), par exemple, est menée au premier trimestre de l'année depuis les années 1960, et son manuel de campagne CIEM actuel précise comment les captures sont triées, mesurées et échantillonnées.

Les poids entrent dans les données à plusieurs niveaux :

• Poids de capture par espèce et catégorie, utilisés pour calculer les taux de capture et extrapoler les sous-échantillons à la capture entière.
• Poids des sous-échantillons, qui définissent le facteur d'extrapolation entre les poissons mesurés et les poissons capturés.
• Poids individuels des poissons, qui alimentent les relations taille-poids, le poids selon l'âge et les indices de condition.
• Poids d'organes et de tissus, tels que gonades, foies et contenus stomacaux, utilisés pour les études de maturité, de réserves énergétiques et de régime alimentaire.

La base de données DATRAS du CIEM, qui contient les données de campagnes de chalutage de nombreuses nations, stocke les poids de capture, les poids de sous-échantillons et les poids individuels en grammes (unités DATRAS). Une valeur enregistrée au gramme près ne vaut que ce que valent la balance et la procédure qui l'ont produite.

Ce qui est pesé à bord d'un navire de recherche

Un navire de recherche pèse des objets qui couvrent cinq ordres de grandeur ou plus, de quelques grammes de contenu stomacal à des captures de plusieurs centaines de kilogrammes, et aucune balance unique ne couvre cette plage avec une résolution utile. Le tableau ci-dessous regroupe les tâches de pesage typiques d'une campagne halieutique et indique quel article de la base de connaissances traite chacune en détail.

Tâche de pesage	Plage de masse typique	Usage de la valeur	Type de balance typique	Pour en savoir plus
Capture en vrac ou grandes catégories d'espèces	10 kg à plusieurs centaines de kg	Taux de capture, extrapolation des sous-échantillons	Balance de table à grande plateforme ou trémie ; balance plateforme de pont	Flux de travail de l'échantillonnage biologique
Paniers et sous-échantillons	0,5–30 kg	Facteurs d'extrapolation pour les effectifs par taille	Balance de table à compensation de mouvement	Flux de travail de l'échantillonnage biologique
Poissons individuels	1 g à plus de 10 kg	Relations taille-poids, poids selon l'âge, condition	Balance marine scientifique au poste de mesure	Relations taille-poids
Gonades, foies, contenus stomacaux	Moins de 1 g à plus de 1 kg	Maturité, indices gonadosomatique et hépatosomatique, régime alimentaire	Balance marine scientifique haute résolution avec protection anti-vent	Pesage de précision des petits échantillons
Otolithes	Plage du milligramme	Support à l'estimation de l'âge, études de masse des otolithes	Balance analytique en laboratoire à terre	Pesage de précision des petits échantillons
Benthos et déchets marins	Grammes à kilogrammes	Surveillance de l'écosystème et des déchets	Balance de table	Cette page

Le flux de pesage de campagne en bref

Lors d'une campagne de chalutage de fond, la capture est triée par espèce, chaque espèce ou catégorie de taille est pesée, un sous-échantillon représentatif est mesuré en taille, et des poissons sélectionnés sont échantillonnés individuellement pour le poids, le sexe, la maturité et les otolithes. Le manuel IBTS indique que la capture de tous les traits valides doit être entièrement triée dans la mesure du possible, et que les espèces ou catégories de taille très abondantes peuvent être sous-échantillonnées.

C'est à l'étape du sous-échantillon que le pesage compte le plus. Les effectifs par taille mesurés dans un sous-échantillon sont multipliés par le rapport entre le poids de la catégorie et le poids du sous-échantillon. Si l'un des deux poids est faux, chaque classe de taille de cette catégorie est affectée par la même erreur. Le manuel donne aussi des indications pratiques sur la taille du sous-échantillon : au moins 75 poissons lorsque plus de 75 sont capturés, jusqu'à 150 poissons pour des captures dépassant 1 000 individus, et des catégories de taille séparées lorsque les petits et grands poissons sont clairement distincts.

Les poissons individuels échantillonnés pour l'âge le sont aussi pour le sexe, la maturité et le poids. Les systèmes électroniques de saisie de données sur les navires de campagne peuvent lire ces poids directement depuis les balances marines : le système de saisie de données du navire de recherche du Cefas décrit par Silva et al. (2013) enregistre les poids des éléments de capture depuis des balances marines connectées et invite l'opérateur à prélever des otolithes lorsqu'un objectif d'échantillonnage n'est pas encore atteint.

Le flux de travail complet étape par étape, y compris les facteurs d'extrapolation, la gestion de la tare et les sources d'erreur courantes, est décrit dans Échantillonnage biologique sur navires de recherche : le flux de pesage.

Relations taille-poids et condition

Une relation taille-poids prédit le poids d'un poisson à partir de sa taille, et ses paramètres sont estimés à partir de poissons individuels à la fois mesurés et pesés. Comme la taille se mesure plus rapidement que le poids, les campagnes et les programmes d'échantillonnage commercial enregistrent souvent de nombreuses tailles et moins de poids, puis utilisent la relation pour estimer la biomasse à partir des fréquences de taille.

Le poids augmente approximativement avec le cube de la taille, car un poisson grandit en hauteur et en largeur autant qu'en longueur : un poisson 10 % plus long est environ un tiers plus lourd, et un poisson deux fois plus long est environ huit fois plus lourd. Dans une méta-analyse de 3 929 relations pour 1 773 espèces, Froese (2006) a confirmé que l'exposant ajusté se situe généralement entre 2,5 et 3,5, avec une médiane de 3,03. Des valeurs hors de cette plage méritent un examen attentif pour des problèmes tels qu'une plage de tailles étroite, des types de longueur mélangés ou des erreurs de pesage.

La résolution de pesage a un effet visible sur la qualité de ces relations. Silva et al. (2013) ont comparé deux jeux de données sur le sprat issus de campagnes et d'années différentes : l'un enregistré à 0,5 cm et 1 g donnait un coefficient d'ajustement (r²) de 0,70, tandis qu'un autre enregistré à 0,1 cm et 0,1 g donnait 0,865, et les auteurs ont recommandé que les campagnes revoient la résolution utilisée pour les petites espèces. La façon d'ajuster la relation, un exemple chiffré avec des paramètres publiés pour le cabillaud et l'usage des facteurs de condition sont traités dans Relations taille-poids chez les poissons : ce qu'elles apprennent aux scientifiques.

Pesage de précision des petits échantillons

Les petits échantillons biologiques constituent la tâche de pesage la plus difficile en mer, car les sources d'erreur sur un navire en mouvement restent à peu près les mêmes en valeur absolue tandis que la masse de l'échantillon diminue. Une erreur de 0,2 g est négligeable sur un cabillaud de 2 kg mais représente 10 % d'une gonade de 2 g.

Une règle pratique consiste à choisir une lisibilité ne dépassant pas environ 1 % du plus léger échantillon que vous comptez enregistrer. Il s'agit de notre recommandation de travail plutôt que d'une norme formelle, mais elle relie directement le choix de la balance à la qualité de données requise. En la suivant, une balance à lisibilité de 0,1 g convient aux échantillons à partir d'environ 10 g ; les échantillons plus légers sont mieux congelés et pesés à terre.

Trois types d'échantillons reviennent sans cesse :

• Gonades, pesées pour l'indice gonadosomatique (poids des gonades en pourcentage du poids corporel), qui soutient la classification de maturité.
• Contenus stomacaux, pour lesquels le manuel d'échantillonnage stomacal du CIEM demande le poids total des proies et le poids de chaque groupe de proies ; le niveau d'échantillonnage minimal peut être analysé à bord, tandis que le niveau étendu est congelé et analysé en laboratoire (manuel stomacal du CIEM).
• Otolithes, dont la masse se situe dans la plage du milligramme et qui sont normalement séchés et pesés sur des balances analytiques de laboratoire à terre plutôt qu'en mer.

Les exigences de lisibilité par type d'échantillon, l'effet du vent sur les petites plateformes, et un protocole étape par étape sont exposés dans Pesage de précision des petits échantillons en mer.

Mouvement, vent et vibrations : la physique du pesage en mer

Une balance mesure une force, pas une masse, donc toute accélération verticale du navire modifie la lecture. Lorsque la plateforme accélère vers le haut, l'échantillon appuie plus fort sur le capteur de pesage, le même effet qui fait qu'une personne se sent plus lourde dans un ascenseur qui accélère (poids apparent). Une accélération vers le haut de 0,5 m/s² augmente donc la lecture d'environ 5 %, et une accélération vers le bas la diminue du même montant.

Sur un navire, ces accélérations proviennent du pilonnement, du tangage et du roulis, ainsi que des vibrations transmises par les moteurs, treuils et pompes. Les balances marines compensent le mouvement du navire pour afficher une valeur stable et utilisable sur un pont en mouvement, mais aucune compensation n'élimine instantanément tous les effets. Il y a toujours un arbitrage entre la rapidité d'affichage d'une valeur stable et le bruit résiduel, c'est pourquoi la performance doit être jugée par des essais à des accélérations et inclinaisons réalistes.

Deux autres effets comptent pour le travail scientifique :

• Mouvement d'air. L'air en mouvement exerce une pression qui augmente avec le carré de la vitesse du vent (NASA) ; à 1 m/s, elle est d'environ 0,6 Pa. Agissant sur une plateforme de 120 × 120 mm, cette pression correspond à une force équivalente à environ 0,9 g si elle agissait entièrement dans le sens vertical, et un courant d'air deux fois plus rapide donne environ quatre fois plus. Seule une partie agit ainsi, mais sur une balance affichant au 0,1 g près, les courants d'air des portes, ventilateurs et du vent sur le pont sont clairement pertinents.
• Inclinaison et gravité. Une plateforme inclinée modifie la composante de force sur les capteurs de pesage, et la valeur locale de la gravité varie avec la latitude d'environ 0,5 % entre l'équateur et les pôles. Les deux comptent surtout pour les grandes balances plateformes et pour les navires travaillant sur une large plage de latitudes.

Le contexte technique de la compensation de mouvement et de la conception des balances marines est traité dans le portail Peser en mer.

Choisir et intégrer des balances scientifiques

Choisissez une balance de recherche en partant des échantillons : listez chaque tâche de pesage, sa plage de masse et la résolution requise par les données, puis sélectionnez les capacités, plateformes et interfaces correspondantes. Une campagne type sur poissons démersaux nécessite au moins trois points de pesage : un poste de tri pour paniers et catégories, un poste de mesure pour poissons individuels, et un poste de laboratoire humide pour petits échantillons.

Au-delà de la capacité et de la lisibilité, les exigences qui déterminent le plus souvent si une balance fonctionne en mer sont la performance de la compensation de mouvement dans des conditions réalistes, le temps de stabilisation, les dimensions de la plateforme par rapport au poisson, la résistance à l'eau et la facilité de nettoyage, et la saisie directe des données. La transcription manuelle des poids est lente et introduit des erreurs, donc la plupart des instituts de campagne connectent leurs balances à leur logiciel de saisie de données via des liaisons série, USB, Ethernet ou sans fil.

Une liste de contrôle complète des exigences, y compris la saisie de données et l'intégration avec le logiciel de campagne, est donnée dans Choisir une balance marine scientifique pour un navire de recherche. Les modèles d'intégration des données de pesage en général sont traités dans le portail Intégration de données.

Assurance qualité : étalonnage, contrôles et métadonnées

Les données de poids scientifiques sont crédibles lorsque trois choses peuvent être démontrées : la balance a été étalonnée de manière traçable, sa performance a été vérifiée pendant la campagne, et chaque valeur peut être reliée à la balance et aux conditions qui l'ont produite.

1. Étalonner avant la campagne. L'étalonnage des instruments de pesage à fonctionnement non automatique est décrit dans le guide d'étalonnage EURAMET n° 18, qui couvre les charges d'essai, l'excentricité, la répétabilité et l'incertitude de mesure.
2. Vérifier en mer. Pesez un poids d'essai de masse similaire aux échantillons au début de chaque quart et après avoir déplacé ou nettoyé une balance, et consignez le résultat.
3. Enregistrer les métadonnées. Conservez l'identifiant de la balance, la lisibilité, la date et l'heure, et une note sur l'état de la mer ou des conditions inhabituelles avec les valeurs de poids.
4. Filtrer les données. Tracez le poids en fonction de la taille pour chaque espèce après chaque station ; les valeurs aberrantes sont souvent le premier signe d'un problème de balance, de tare ou de transcription.

Le pesage scientifique de campagne n'est généralement pas une transaction commerciale, donc les règles de métrologie légale applicables au pesage commercial ne sont généralement pas déterminantes ici. Lorsque des poids issus de programmes de recherche ou d'observation sont utilisés à des fins de contrôle, des règles différentes peuvent s'appliquer ; voir le portail Métrologie légale.

Au-delà du poisson : benthos, déchets et autres échantillons

Les navires de recherche pèsent aussi des matériaux autres que le poisson, et les mêmes principes de résolution, de mouvement et de saisie de données s'appliquent. Deux exemples issus du manuel IBTS :

• Les invertébrés benthiques capturés dans le chalut peuvent être enregistrés en présence/absence ou en poids et nombres, à la discrétion de l'institut national. Les relations taille-poids publiées pour les invertébrés benthiques, comme celles de 216 espèces de la mer du Nord par Robinson et al. (2010), permettent d'estimer la biomasse à partir de mesures de taille.
• Les déchets marins collectés dans le chalut sont enregistrés lors des campagnes IBTS en mer du Nord depuis 2011 ; les objets d'une même catégorie sont comptés et pesés individuellement plutôt que groupés.

Les campagnes multidisciplinaires et écosystémiques ajoutent d'autres tâches, comme la pesée d'échantillons de sédiments ou de plancton, qui nécessitent généralement les mêmes précautions pour petits échantillons que les contenus stomacaux.

L'approche de WPL du pesage de recherche

WPL Industries conçoit des balances marines à compensation de mouvement et les a livrées à des flottes de pêche et de recherche à travers l'Europe, les Amériques et au-delà. Pour le travail scientifique, la balance marine scientifique série M3 est construite en acier inoxydable 316L sur une plateforme de 120 × 120 mm ou 270 × 270 mm, avec des capacités de 300 g (lisibilité 0,1–0,2 g) à 6 000 g et une protection anti-vent en option pour la plus petite plateforme. Les paniers et catégories de capture sont gérés par la balance marine série M2, et le logiciel intégré WeightControl enregistre chaque pesée et exporte les données en CSV ou JSON via son API.

Articles de ce portail

• Échantillonnage biologique sur navires de recherche : le flux de pesage – tri des captures, sous-échantillonnage, facteurs d'extrapolation et échantillonnage individuel des poissons.
• Relations taille-poids chez les poissons : ce qu'elles apprennent aux scientifiques – la loi du cube en termes simples, l'ajustement, un exemple chiffré et le facteur de condition.
• Pesage de précision des petits échantillons en mer : otolithes, gonades et contenus stomacaux – lisibilité, protections anti-vent et mouvement.
• Choisir une balance marine scientifique pour un navire de recherche – liste de contrôle des exigences et intégration des données.
• Équipement de pesage pour navires de recherche halieutique – un aperçu pratique de l'équipement poste par poste.