Applications de La Télédétection en océanographie
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La télédétection à l'océanographie
Application De
Réalisé ParAhmed El Atari Mohammed JidalZakaria Fetouhi
Demandé ParM. Ait Kbir Mohamed
1
Table de Matières
Introduction ........................................................................................................................................4
Historique de La Télédétection en océanographie ...................................................................5
La télédétection appliquée à l’étude des océans : .....................................................................6
I. Définition de l’océanographie..............................................................................................6
II. La télédétection au milieu océanique ...............................................................................7
III. La Température de la surface de la mer .......................................................................8
1. L’étalonnage radiométrique ...................................................................................... 10
2. Les corrections atmosphériques ............................................................................. 11
3. Différence entre température observée et mesurée ......................................... 12
IV. Les Satellites ..................................................................................................................... 14
1. Les Satellites utilisés en télédétection océanographique .................................. 14
2. Télédétection dans le visible et dans l’infra-rouge Thermique ......................... 14
Les Applications de la télédétection océanologiques ........................................................ 16
I. Glaces océaniques .............................................................................................................. 16
V. La Télédétection et la pèche ............................................................................................. 17
1. Méthodes directes de détection de poissons ...................................................... 18
2. Méthodes indirectes d'évaluation de la pêche ..................................................... 19
VI. Détection de déversements d'hydrocarbure ............................................................ 26
1. Contexte Général......................................................................................................... 26
2. Intervention de la télédétection ............................................................................... 26
3. Etude De Cas ................................................................................................................ 27
VII. Surveillance côtière et océanique................................................................................ 28
Traitement d’image en océanographie ...................................................................................... 29
I. Contexte général ................................................................................................................. 29
II. Couleur Des Océans ........................................................................................................... 30
2
III. Niveau des océans ........................................................................................................ 32
La Bibliographie / Webographie .................................................................................................. 34
3
4
Introduction
e mot télédétection (en anglais « Remote Sensing ») désigne l'ensemble des
techniques qui permettent d'étudier à distance des objets ou des
phénomènes. Le néologisme « remote sensing» fait son apparition aux Etats-
Unis dans les années soixante, lorsque des capteurs nouveaux viennent compléter
la traditionnelle photographie aérienne. Le terme de télédétection a été introduit
officiellement dans la langue française en 1973 et sa définition officielle est la suivante :
« Ensemble des connaissances et techniques utilisées pour déterminer des
caractéristiques physiques et biologiques d’objets par des mesures effectuées à
distance, sans contact matériel avec ceux-ci. » 1
Selon cette définition très vaste, la télédétection peut se pratiquer de la surface de la
Terre vers l’atmosphère ou vers l’espace, comme de l’espace vers la Terre, et
l'astronomie utilise largement la télédétection. Une définition plus précise, et plus
opérationnelle de la télédétection est la suivante :
« La télédétection est l’ensemble des techniques qui permettent, par l’acquisition
d’images, d’obtenir de l’information sur la surface de la Terre (y compris l’atmosphère
et les océans), sans contact direct avec celle-ci. La télédétection englobe tout le
processus qui consiste à capter et enregistrer l’énergie d’un rayonnement
électromagnétique émis ou réfléchi, à traiter et analyser l’information qu’il représente,
pour ensuite mettre en application cette information. » 2
Le développement des techniques de la télédétection résulte de la conjonction
entre l'invention des vecteurs, ballons, avions ou satellites, permettant de s'éloigner de
la surface du sol ou de la Terre dans son ensemble, et le constant perfectionnement des
capteurs, c'est à dire des appareils permettant d'enregistrer le rayonnement
électromagnétique pour reconstituer les caractéristiques de la surface (terre ou océan),
ou de l'atmosphère.
Mais notre Travail concerne plus précisément les techniques et les applications de
la télédétection en océanographie , qui a pour but l'étude des propriétés du
rayonnement électromagnétique émis, réfléchi ou diffusé par les océans.
1 Commission interministérielle de terminologie de la télédétection aérospatiale, 1988. 2 D’après le site Web du Centre Canadien de Télédétection : http://www.ccrs.nrcan.qc.ca
L
5
Les satellites sont devenus indispensables pour surveiller et étudier les océans. Elles
donnent accès à des variables océaniques essentielles comme la température et salinité
de surface, le niveau de la mer, la couleur de l’eau et les vents de surface avec une
couverture spatio-temporelle inégalable. La plupart des données océaniques
satellitaires sont libres d’accès sur internet pour les chercheurs. Certaines sont
aussi disponibles en temps réel dans les centres scientifiques (ex : CIPMA 3 )
équipés de stations de réception EUMETCAST, pour des applications opérationnelles.
Historique de La Télédétection en océanographie
Les premières vues de la terre depuis l’espace datent des années 1946. Elles ont
été prises par des appareils photographiques embarqués sur des fusées. Les premiers
vols habités ont montré l’intérêt de pouvoir disposer de bases d’observation spatiale.
Ainsi dès les années 60, les vols Gemini et Apollo ont rapporté les premières
photographies couleurs de l’océan et de la terre.
A partir la fin des années 60, les satellites météorologiques de la série TIROS ont
retransmis des images dans le visible et l’infra-rouge. Par ciel clair, certaines informations
sur l’état de mer et la rugosité de surface peuvent être déduite de la réflexion spéculaire
du soleil. Cependant, c’est seulement à partir des années 70 que les océanographes ont
pu disposer d’informations exploitables sur la température de surface de la mer et sur
la turbidité de l’eau grâce à l’amélioration des résolutions spatiales et radiométriques
des capteurs balayant des satellites de la série NOAA 4.
Le satellite SEASAT lancé en 1978 était le premier satellite purement destiné
à l’observation des océans. Pour pallier à la couverture nuageuse, la plupart des
capteurs opérait dans la partie micro-onde du spectre électromagnétique. Dans cette
partie du spectre les nuages sont en effet transparents. Ce Satellite a permis de recueillir
des informations sur la température de surface, la rugosité de surface, la hauteur
dynamique de l’océan et les vagues. Malgré sa durée vie très brève (3 mois), il a permis
des avancées spectaculaires dans le domaine de l’observation de l’océan depuis l’espace.
La même année, le lancement sur le satellite expérimental Nimbus 7 de la NASA
d’un capteur spécifique d’observation de la couleur de l’eau a permis d’obtenir un
3 la Chaire Internationale en Physique Mathématique et Application 4 National Oceanic and Atmospheric Administration
6
nombre considérable de vues synoptiques de la couleur de l’océan avec une résolution
de l’ordre du kilomètre. Des capteurs micro-ondes passifs embarqués sur le même
satellite ont aussi permis de mesurer la température de surface de l’océan
Depuis, plusieurs satellites océanographiques ont été lancés parmi lesquels
Geosat, ERS-1, Topex-Poseidon, JERS et des satellites russes de la série Meteor, sans
parler d’Almaz. Les applications des données de leurs capteurs sur la couleur, la
température, la hauteur dynamique, les vagues couvrent tout le spectre de
l’océanographie, chimie, biologie, physique, géophysique. Les progrès accomplis dans
l’étude de l’océan grâce à ces techniques ne l’ont été que par une collaboration
constante entre les spécialistes des techniques spatiales et les océanographes, il en sera
ainsi dans le futur.
La télédétection appliquée à l’étude des océans :
I. Définition de l’océanographie
L’océanographie, néologisme formé en 1854 en Autriche du mot Ozean, océan accolé
d'une terminaison « graphie», tirée du grec qui signifie « écrire », mais indiquant dans le
jargon géographique une description scientifique, nomme l'étude des océans et
des mers de la planète Terre. Un premier congrès en 1871 et l'expédition Challenger
accomplie entre 1872 et 1876 concrétisent la naissance de cette discipline et en
popularise rapidement et le nom et les premières avancées auprès du public amateur.
Le terme océanographe désignant les chercheurs de cette science carrefour apparaît
en France en 1880.
Les océanographes étudient en effet un très grand nombre d'aspects des océans
et des mers, incluant la tectonique des plaques, les grands cycles biogéochimiques, les
courants océaniques ou encore les organismes et les écosystèmes marins ou encore les
liens entre océans et modifications climatiques. Ces domaines variés reflètent la
multitude de disciplines que les océanographes intègrent afin de comprendre
l'interdépendance qu'il existe entre la biologie, la géologie, la météorologie et
la physique de l’océan. On distingue l'océanographie de l'océanologie, qui concerne
l'utilisation de l'océanographie appliquée à l'exploitation des ressources océaniques et
à la protection des environnements marins.
7
II. La télédétection au milieu océanique
Les océans couvrent plus de 70 % de la superficie de la Terre. De diverses façons, ils
jouent un rôle primordial dans l'équilibre de l'écosystème planétaire. Ainsi, les océans
constituent un vaste réservoir de chaleur qui sert à tempérer les écarts de température
sur l'ensemble de la planète. Sans océans, les variations climatiques seraient beaucoup
plus grandes que les conditions actuelles et peu de régions seraient habitables par
l'homme. Les grands courants océaniques agissent comme une courroie de transport
qui répartit la chaleur à la surface de la planète en transportant en surface les eaux
chaudes produites près de l'équateur vers les régions plus au nord, alors que les
courants pro- fonds ramènent les eaux froides formées aux pôles vers l'équateur. Les
océans ont aussi un autre impact climatique très important en affectant l'équilibre des
composantes de l'atmosphère. Entre autres choses, les océans absorbent du gaz
carbonique atmosphérique (C0 2) pour l'amener vers les zones profondes de l'océan
soit sous forme dissoute ou sous forme de déchets et d'organismes morts résultant de
l'activité biologique océanique.
Malheureusement, les océans sont affectés par une série de problèmes
engendrés par l'activité humaine, comme la pollution (hydrocarbures, plastiques,
déchets industriels), une augmentation du rayonnement ultraviolet qui pourrait
diminuer la production primaire, la surpêche et la hausse du niveau marin résultant du
réchauffement planétaire. L'étude des divers processus physiques régissant le milieu
marin est donc devenue une priorité.
Avant l'ère spatiale, les méthodes d'observation des océans étaient entièrement
basées sur la mesure d'un certain nombre de paramètres (salinité, température,
courants) à des endroits ponctuels. Ces observations étaient effectuées à l'aide de
navires patrouillant une région donnée ou encore à l'aide de mouillages d'instruments
pour des périodes prolongées. Cette approche a permis au fil des ans d'acquérir une
bonne connaissance de base des divers processus océaniques existants et de leur
variabilité temporelle. Une information importante manquait toutefois aux
océanographes: une vue synoptique des phénomènes observés permettant de relier la
variabilité temporelle à la variabilité spatiale puisque les processus océaniques ne sont
pas statiques mais varient à toutes les échelles temporelles et spatiales.
L'avènement des observations de l'océan à partir de l'espace a permis de combler
cette lacune. Il devenait ainsi possible d'observer de grandes superficies en un temps
8
très court. Très tôt, toutefois, il est apparu que la télédétection ne pourrait résoudre à
elle seule tous les problèmes des océanographes. Les observations spatiales ou
aéroportées sont en effet limitées, sauf de rares exceptions, à la couche située près de
la surface. Seule l'utilisation des lasers dans les longueurs d'onde du visible permet de
pénétrer un peu plus profondément dans la colonne d'eau (=20 m) pour observer par
exemple la chlorophylle. Toutefois, par comparaison avec leur profondeur moyenne
(3790 m), il ne s'agit encore là que de l'épiderme des océans. Cette couche de surface
est cependant la partie la plus importante des océans puisque c'est dans cette couche
que se déroulent tous les échanges d'énergie avec l'atmosphère qui génèrent par la
suite les processus internes aux océans (courants, mélange, vagues). L'observation de
cette portion de l'océan est donc très importante pour la compréhension des
phénomènes dynamiques propres au milieu marin.
De nombreuses approches peuvent être utilisées afin d'observer les océans par
télédétection, ce qui se reflète dans la variété des capteurs disponibles. Diverses
portions du spectre électromagnétique peuvent ainsi être utilisées à diverses fins. Les
observations dans le visible (0,4 à 0,8 micromètre) permettent par exemple de détecter
les changements de couleur de l'océan qui peuvent être reliés à la concentration de
chlorophylle, d'algues toxiques ou de sédiments en suspension. Les mesures dans
l'infrarouge thermique (8 à 14 micromètre) permettent pour leur part de mesurer la
température de surface des océans. Grâce à cette information, on peut détecter des
processus dynamiques tels que les courants côtiers et leurs phénomènes associés
(tourbillons), les ondes côtières et les régions frontales. Les hyperfréquences (1-100
GHz) permettent pour leur part d'observer des phénomènes aussi variés que les glaces
marines, la houle océanique, les vents de surface, la salinité et la température de l'eau
de mer, les ondes internes et la bathymétrie. Une application particulière des
hyperfréquences est l'altimétrie, qui permet de mesurer la variabilité de phénomènes à
méso (50 - 500 km) et petite échelle (> 500 km), comme les grands courants côtiers et
le « El Nino ».
Les sections suivantes examineront donc certaines de ces techniques de mesure
plus en détail.
III. La Température de la surface de la mer
La mesure de la température de la surface de la mer est probablement l'activité
de télédétection la plus couramment utilisée en océanographie puisqu'il s'agit d'une des
9
deux propriétés physiques de base qui contribuent à caractériser les masses d'eau, la
seconde étant la salinité.
La température de surface de l'eau peut être obtenue dans deux régions du
spectre électromagnétique : l'infrarouge thermique et les hyperfréquences. Dans
l'infrarouge thermique, les images des satellites de la série NOAA-TIROS sont les plus
utilisées. Les atouts principaux du capteur AVHRR 5 de NOAA sont sa haute résolution
temporelle, sa résolution spatiale (1,1 km) qui permet de couvrir adéquatement les
phénomènes océaniques d'importance, le faible coût de ses données et enfin la facilité
d'utilisation de ses images. De nombreux travaux de recherches et d'applications y ont
été consacrés. Le capteur Thematic Mapper (TM) du satellite Landsat-5 possède
également une bande spectrale thermique dont la résolution spatiale est de 120 m. Les
images obtenues à cette résolution sont utilisées pour les études plus détaillées en
milieu côtier.
Dans le domaine des hyperfréquences, le premier capteur d'intérêt pour
l'observation de la température de la surface de la mer fut le Scanning Multi-channel
Microwave Radiometer (SMMR) placé à bord de NIMBUS-7 et de Seasat. On fonda par
la suite des espoirs sur le Special Sensor Micl'Owave/Imager (SSM/I) utilisé sur deux
satellites météorologiques du Defense Meteorological Satellite Program (DMSP)
américain. Malheureusement, la bande spectrale la plus intéressante pour mesurer la
température de surface en est absente. L'avantage principal de l'utilisation des
hyperfréquences consiste en la possibilité d'observer la surface de la mer même en
présence d'un couvert nuageux.
Le traitement de l'information est toutefois plus difficile dans cette région du
spectre à cause d'un nombre important de variables et de sources de bruit qui ont
l’impact sur le signal mesuré. La difficulté de construction des instruments, alliée à la
sensibilité déficiente et à la dérive de l'étalonnage du capteur, contribue donc à ralentir
le développement et l'utilisation des capteurs à hyperfréquences pour la mesure de la
température de la surface. Cette section sera donc consacrée à l'utilisation de
l'infrarouge thermique pour l'étude des océans.
La région spectrale principalement exploitée pour l'enregistrement des
températures de surface est l'infrarouge thermique et est comprise entre 8 et 14
« micromètre » de longueur d'onde. Dans cette bande de fréquences, il faut faire appel
au concept de corps noir et de corps gris. Un corps noir est lui-même un corps
5 Advanced Very High Resolution Radiometer
10
théorique qui absorbe la totalité du rayonnement électromagnétique qu'il reçoit et qui
le réémet ensuite en totalité, en fonction de la longueur d'onde et de sa température
interne. Le milieu naturel agit plutôt comme un corps gris qui ne fait pas seulement
qu'absorber le rayonnement, mais qui le réfléchit et le transmet aussi. En état d'équilibre
thermique, un corps gris émet donc moins d'énergie qu'un corps noir puisqu'il a subi
une perte par réflexion et par transmission. L'émissivité est le rapport entre l'énergie
émise par un corps gris (agissant comme un corps noir) et celle d'un corps noir. Dans le
cas de l'eau, l'émissivité est très près de 1 dans l'infrarouge thermique. L'émission d'un
rayonnement dans cette partie du spectre est donc surtout fonction de la température
du corps à la quatrième puissance, selon la loi de Stefan-Boltzman (Bonn et Rochon,
1992; Robinson, 1985). La luminance émise par une surface et enregistrée par un
capteur est par la suite transformée en température dite de brillance ou apparente au
moyen de la loi de la radiation de Planck, puis en température absolue en tenant compte
de l'émissivité de la surface en question.
En océanographie, la température de la surface de l'eau est un paramètre très
utilisé. Il existe toutefois une différence entre la température pelliculaire (skin
temperature) enregistrée par un capteur et la température volumique (bulk
temperature) couramment mesurée en océanographie. La mesure pelliculaire
échantillonne moins de 0,1 mm de la colonne d'eau (Robinson, 1985), alors que la
température volumique mesurée à l'aide de bouées dérivantes ou de navires est
généralement représentative du ou des premiers mètres de la surface de la mer. La
température mesurée par un radiomètre n'est donc représentative de la tranche d'eau
analysée que si la masse d'eau est homogène sur une certaine profondeur. Une bonne
connaissance du lien existant entre le comportement des eaux en surface et celles plus
profondes est donc nécessaire lorsque le profil vertical de la température n'est pas
connu, afin d'interpréter avec plus de certitude les patrons de température observés
sur les images.
1. L’étalonnage radiométrique
Les capteurs utilisés en télédétection enregistrent le rayonnement
électromagnétique qu'ils reçoivent sous forme d'un voltage et doivent donc faire l'objet
d'un étalonnage radiométrique qui établit le lien existant entre le voltage mesuré et
l'énergie effective reçue selon une ou plusieurs sources étalons connues. Il est alors
possible de déduire la fonction d'étalonnage nécessaire à la transformation du voltage
en valeurs énergétiques réelles. La fonction de correspondance doit aussi tenir compte
qu'en télédétection les voltages sont également traduits en valeurs numériques pour
11
faciliter leur stockage et leur manipulation sur support magnétique. Il s'agit ici d'une
vision simplifiée du processus d'étalonnage radiométrique. Dans la réalité, il faut
souvent tenir compte des composantes optiques et électroniques, ainsi que de
l’interférence (bruit) qui s'ajoute au signal enregistré.
C'est lors de l'étalonnage radiométrique que s'appliquent les notions de corps
noir et de corps gris décrites auparavant puisque des sources de rayonnement dont
l'émission est connue et stable sont utilisées comme corps noirs. Les luminances de ces
sources servent de bornes inférieures et supérieures de rayonnement avec lesquelles
les voltages et les valeurs numériques des images seront mis en correspondance. Cette
relation permet donc de transformer les valeurs numériques en valeurs radiométriques
(luminances). Comme la source utilisée fait partie du capteur, on qualifie la luminance
d'« apparente» parce qu'elle est relative au corps noir qui a servi de source d'étalonnage.
Les luminances apparentes sont ensuite transformées en température en utilisant la loi
de la radiation de Planck. Cette température est appelée « température de brillance»
puisqu'elle fait référence au corps noir du capteur.
D'une manière générale, il est possible d'obtenir les équations et les coefficients
d'étalonnage nécessaires à la transformation des valeurs numériques en température
de brillance au moment de l'achat des images de télédétection. Ces formules sont
généralement simples et faciles à utiliser. Les fournisseurs d'images offrent aussi, dans
certains cas particuliers, un produit pour lequel certaines corrections et l’étalonnage
radiométrique de la température sont déjà effectués.
2. Les corrections atmosphériques
La température enregistrée au capteur est une température relative et par le fait
même nécessite certaines corrections supplémentaires de type atmosphérique pour
qu'elle s'approche le plus près possible de la température vraie mesurée au sol.
Une image étalonnée radiométriquement (en température de brillance) peut être
utilisée directement si l'on ne désire qu'observer des gradients de température qui
existent entre différentes masses d'eau puisque la température absolue de la surface
de la mer a alors moins d'importance. Une correction atmosphérique s'impose toutefois
lorsque l'analyse doit porter sur une séquence temporelle d'images puisque, les
conditions atmosphériques n'étant généralement pas homogènes d'une image à l'autre,
les températures ne seraient pas comparables.
12
La correction atmosphérique a donc pour but de transformer la température de
brillance en une température plus représentative de la température réelle de la surface
de la mer en tentant d'éliminer le plus possible l'effet perturbateur de l'atmosphère. Ces
deux températures sont souvent distantes de plusieurs degrés Celsius parce que la
vapeur d'eau présente dans l'atmosphère absorbe une partie du rayonnement émis par
la surface de la mer. Cette vapeur d'eau est l'agent atmosphérique qui a le plus d'impact
sur les variations de la température enregistrée par le satellite. Pour effectuer une
correction pour cet effet, il est possible d'employer soit des modèles analytiques, soit
des modèles empiriques.
3. Différence entre température observée et mesurée
Mis à part les erreurs causées par la différence entre les températures
volumiques et pelliculaires, il existe d'autres sources d'erreurs qui peuvent expliquer la
différence résiduelle entre la température observée sur une image, que l'on considère
comme absolue, et la température réelle mesurée au sol. Cette différence peut résulter
de la comparaison de deux températures qui correspondent à des surfaces de
dimensions différentes. La température volumique représente en effet un point très
précis dans l'espace, alors que la température enregistrée par un capteur, à bord d'un
satellite, représente une moyenne pour une surface (pixel) souvent égale à 2KM². Plus
la variabilité à l'intérieur de ce pixel sera grande et plus l'écart entre la température in
situ et celle au capteur risque d'être grande.
La différence résiduelle de température peut aussi être le fruit de la différence de
temps entre les moments d'acquisition des informations au capteur et en mer. La
surface de la mer étant très dynamique, la variabilité temporelle des informations in situ
risque d'être très grande, produisant ainsi une disparité entre les températures
enregistrées en des temps différents. L’angle d'observation de la surface échantillonnée
par rapport au capteur est aussi un facteur à considérer pour expliquer les différences
de température entre le sol et le capteur. Ainsi, plus on s'éloigne du nadir du capteur,
plus la distance entre celui-ci et le sol est grande. La superficie du pixel ainsi que
l'épaisseur de la couche atmosphérique traversée par le signal augmentent en
conséquence. La correction atmosphérique à apporter risque donc d'être plus
importante loin du nadir et son omission diminuera la précision de la température
enregistrée à mesure qu'on s'en éloigne. Cet effet géométrique peut ainsi conduire à
des différences de 1 à 2 °C dans l'infrarouge thermique.
13
L'échange de chaleur à l'interface air-mer peut également contribuer aux
différences de température enregistrées. Selon des mesures en laboratoire, la
température de la pellicule de surface de la mer est légèrement plus froide d'environ
0,4 °C que celle de l'eau située quelques millimètres plus bas. L'effet du vent et des
vagues permet généralement d'homogénéiser la masse d'eau sur une certaine
profondeur et d'éliminer ainsi cette différence de température. La température
mesurée par lm radiomètre est alors représentative de la tranche d'eau considérée. Par
contre, si la surface est calme et que le soleil est présent, il y a formation d'une
thermocline journalière de surface qui fait augmenter de quelques dixièmes de degrés
à plus de 3,5°C de différence de température par rapport à la zone de mélange sous-
jacente. La présence de cette thermocline complique donc l'interprétation physique des
températures observées en camouflant les structures horizontales présentes dans la
zone de mélange sous-jacente. La présence de vent est par conséquent souhaitable
pour permettre l'homogénéisation de la masse d'eau durant le jour. Ce problème ne se
posant pas la nuit, une acquisition d'image nocturne est préférable de façon générale.
Il reste lm dernier élément très important à considérer au moment de l'évaluation
des températures de la surface de la mer dans l'infrarouge thermique, soit la
contamination par les nuages. Les nuages qui sont les plus difficiles à détecter sont ceux
qui ont des dimensions très inférieures à l'angle de champ du capteur ou encore qui se
présentent comme lm voile parfois difficile à percevoir sur l'image. La signature
thermique de ces nuages est alors intégrée à celle du pixel sous-jacent avant d'être
enregistrée par le capteur. Les nuages étant généralement plus froids que la surface,
une température de brillance inférieure à la réalité est enregistrée. D'après certains
travaux, il s'agit de la source d'erreurs la plus importante pour la mesure de la
température de la surface. Il existe heureusement diverses méthodes automatiques,
efficaces et d'application générale qui permettent de contrer l'effet des petits nuages et
des voiles.
14
IV. Les Satellites
1. Les Satellites utilisés en télédétection océanographique
Le tableau ci-après résume les caractéristiques principales des divers satellites
utilisés en Océanographie.
Les trois premiers satellites (LANDSAT, NIMBUS-7 et SPOT) disposent de plusieurs
canaux dans le domaine visible, alors que les satellites NOAA et AEM-1 n’ont plus que
deux canaux dans ce domaine, et un seul en infra-rouge thermique.
2. Télédétection dans le visible et dans l’infra-rouge Thermique
Télédétection dans le visible
Un capteur visible mesure la luminance provenant de la mer dans le domaine
visible. Cette grandeur est composée de la lumière réfléchie par la surface de la mer,
ainsi que de la lumière absorbée par I ‘océan puis réfléchie vers le haut (rétrodiffusion)
par les particules et substances en suspension dans l’eau (Seston, Necton, Colloïdcs,
Glebstoff). L’importance de la composante rétrodiffusée par rapport à la composante
réfléchie dépend de la concentration des particules dans la couche superficielle de
l’océan, de la longueur d’onde et des positions du satellite et du soleil. C’est ainsi que
l’importance relative de la composante réfléchie croîtra avec la longueur d’onde et
diminuera lorsque le soleil hissera sur l’horizon, si le satellite a une visée quasi-verticale.
On utilise donc principalement les longueurs d'onde entre 500 et 800
nanomètres pour étudier la couleur de l’océan, c’est-à-dire la turbidité, les transports
des sédiments, les concentrations en chlorophylle, etc...
LANDSAT a été utilisé pour la cartographie des transports des sédiments au
débouché des fleuves méditerranéens. L’étude des concentrations en Seston et Necton,
Satellite Capteur
visible Capteur I.R Résolution spatiale Répétitivité
LANDSAT x - 80m 18j
NIMBUS-7 x - 800m 2 à 3j
SPOT x - 20m 26j
AEM-1 x x 500m 1,5 à 3,5j
SAT NOAA x x 1000m 6 heurs
15
quant à elle, s'effectue principalement à l’aide de NIMBUS-7 et est encore dans une
phase expérimentale. Il est évident que cette connaissance de la concentration en Séton,
maillon du cycle vital, intéresse au plus haut point les pêcheurs. La mesure de la
composante réfléchie de la lumière a été 'assez peu utilisée. Elle permet l`estimation du
coefficient de réflexion de la mer.
Ce coefficient variant en fonction de l’état de la mer, un modèle mathématique
utilise la mesure dans le canal 800 à 1 000 nanomètres pour donner une estimation de
l’état de surface de la mer et même du vent, puisque L’agitation de la mer dépend de
celui-ci. En suivant le même principe, ce canal peut donner également des
renseignements sur la pollution par hydrocarbures puisqu’une tache d’huile à la
propriété d’amortir les vagues capillaires responsables de la réflexion vers le capteur, et
donc de créer une différence de coefficient de réflexion entre la tache d'huile et la mer
agitée environnante.
Télédétection dans l’infra-rouge Thermique
Un capteur infra-rouge thermique mesure la luminance émise par l`océan dans
la fenêtre spectrale 10 à 12 microns. Cette luminance dépendant de la température, on
obtient ainsi une estimation indirecte de la température de surface de l`eau.
Bien qu`elle soit perturbée par la présence de l'atmosphère, cette température
peut être utilisée pour la climatologie marine et météorologique, ainsi que pour la
prévision météorologique.
Cette mesure ne concerne malheureusement que le premier mètre d`eau. Cependant.
Il existe de fortes corrélations entre la distribution spatiale des températures de surface
et le champ de courant de la première centaine de mètres. Avoir une image infra-rouge
permet d`appréciera la répartition des courants marins. La relation observable liant les
courants aux températures mesurées par satellite est rarement quantitative, mais cela
n'empêche pas l’imagerie infra-rouge d'être d`un grand secours à l'Océanographe
dynamicien. L'avènement le plus marquant de ces deux dernières années a été la mise
en service de capteurs infra-rouges extrêmement performants, montés sur les satellites
NOAA et AEM-1. Ils ont montré que le régime général des courants est beaucoup plus
compliqué que ce l’on croyait, et que les courants étaient sujets à des instabilités
donnant lieu à des méandres et/ou à des tourbillons tournant dans le sens des aiguilles
d'une montre (anticyclonique) ou en sens inverse (cyclonique).
16
Les Applications de la télédétection océanologiques
Les domaines d’applications de la télédétection maritime ou océanologiques est très
vagues mais en va ce contenté de quelques exemples :
I. Glaces océaniques
Pour les habitants des pays nordiques, la glace est un phénomène commun qui affecte
leurs activités locales. La glace océanique polaire couvre de façon saisonnière une
région égale à la superficie du continent nord-américain, soit 25 millions de km².
À cause de son étendue considérable, la glace océanique joue un rôle majeur dans la
valeur d'albédo de la surface de la Terre (l'albédo est la mesure du taux de réflexivité
d'une surface).
La neige et la glace réfléchissent beaucoup de lumière, et les changements dans leur
distribution affectent la quantité d'énergie solaire absorbée par la Terre. Quand le climat
se réchauffe, la banquise fond et une moins grande quantité d'énergie solaire est
réfléchie, ce qui peut augmenter le rythme du réchauffement. Le contraire peut aussi se
produire : une augmentation de la dimension de la banquise causée par un
refroidissement peut réfléchir encore plus de rayonnement solaire et ainsi augmenter
le rythme du refroidissement.
Évidemment, les changements potentiels dans la distribution de la glace océanique
constitue une préoccupation pour les scientifiques qui étudient les changements
climatologiques et les interactions entre l'océan et l'atmosphère.
Durant l'hiver de l'hémisphère Nord, la glace sur les lacs et les océans crée une barrière
considérable pour les bateaux qui tentent de se rendre à un port ou qui naviguent le
long des côtes. Les masses de glaces, les banquises et les icebergs sont une source de
dangers pour les navires, tandis que la glace côtière bloque l'accès aux ports.
L’information sur les conditions, le type, la concentration et le mouvement de la glace
dans ces régions est donc très importante.
Les cartes de types de glaces, les bulletins des risques quotidiens, les prévisions
saisonnières ainsi que des moyens de soutien pour les observations sont donc des
outils indispensables pour la navigation.
17
Il maintient aussi des archives d'information sur les glaces comportant des données
utiles pour les évaluations d'impact sur l'environnement, l'évaluation des risques, la
planification des routes (saisonnières et à court terme) pour les navires, le transport
efficace des ressources et le développement des infrastructures.
Les données de télédétection peuvent être utilisées pour
Identifier et cartographier les différents types de glaces
Localiser les chenaux (de grosses fissures navigables)
Surveiller le mouvement des glaces et des icebergs.
Connaitre la concentration de la glace
La possibilité d'accidents comme le naufrage du Titanic est presque complètement
éliminée aujourd'hui avec la détection des icebergs (par la Patrouille Internationale des
Glaces) et avec la navigation par GPS. Et si un navire entrait en collision avec un iceberg,
l'utilisation de la télédétection et du GPS par les missions de sauvetage maritime
pourrait sauver plusieurs vies.
V. La Télédétection et la pèche
Les océans occupent les deux tiers de la surface terrestre. L'homme en, dans une large
mesure, pour sa nourriture - poissons, crustacés, mammifères marins, tortues, plantes
aquatiques et algues. Pour mieux exploiter ces ressources, il faut que les pêcheurs
prennent le plus de poissons possible (dans les limites des contraintes biologiques), tout
en réduisant les coûts au minimum et en optimisant l'ordonnément de leurs opérations.
A cette fin, les scientifiques doivent leur fournir des renseignements fiables sur
l'environnement. Les observations obtenues par télédétection sur la surface des océans
peuvent apporter une bonne part des renseignements nécessaires pour évaluer et
améliorer la production potentielle des fonds de pêche. Jusque-là, on s'et surtout servi
de la télédétection pour aider à récolter efficacement les ressources naturelles.
Aujourd'hui, on l'emploi pour la gestion, la conservation et l'exploitation de ces
ressources.
Les variations dans les conditions de l'environnement influent sur le recrutement, la
répartition, l'abondance et la disponibilité des ressources halieutiques. Il est impossible
de relever par la télédétection, toutes les informations dont on a besoin pour évaluer
18
les changements dans le milieu marin. Cependant, on peut souvent à partir des données
de la télédétection par déduction, les conditions et les processus particuliers qui
touchent les populations de poissons, par exemple: concentration de matière dissoute
et en suspension, variations dans les niveaux de production primaire, distribution des
isothermes de surface, emplacement de limites frontales, zones d'upwelling, structures
des courants et de la circulation des eaux.
Les paramètres dégageant des renseignements sur ces facteurs de milieu permettent
de prévoir la répartition des poissons ou plus généralement, de définir les habitats des
poissons marins. Il est souvent plus facile d'identifier ces habitats que la présence de
poissons.
Les techniques de télédétection peuvent être utilisées directement, indirectement ou
comme une aide générale dans la détection et l'évaluation des ressources halieutiques.
1. Méthodes directes de détection de poissons
La plus directe et la plus simple dans le domaine de la pêche est le repérage visuel du
poisson. Les flottilles qui exploitent la grande pêche comme le thon ou le menhaden
dépendent du repérage visuel du poisson à partir d'avion pour se diriger.
La photographie aérienne en soi ne présente guère d'intérêt pour la majorité des
pêches commerciales. L'emplacement de bancs mobiles de poissons, par exemple, ne
peut pas être communiqué assez rapidement aux pêcheurs. La photographie aérienne,
cependant, peut être utile à un scientifique de la pêche en lui apportant des
renseignements sur la répartition et l'abondance relative de poissons pélagiques, et en
particulier les espèces en banc. La structure de répartition et l'emplacement servent à
identifier les espèces observées, tandis que la superficie d'un banc mesurée à partir
d'une photographie aérienne peut être mise en corrélation avec la biomasse de
certaines espèces.
Les échosondeurs et les sonars sont utilisés en télédétection depuis au moins 50 ans et
sont aujourd'hui par les flottilles de pêche dans le monde entier. Les sonars permettent
de détecter le poisson et d'estimer la biomasse. Récemment, les systèmes laser à forte
puissance, qui fonctionnent dans la partie bleu-vert du spectre visible (lidar) ont donné
des résultats très encourageants pour l'évaluation des ressources de pêche. Un lidar
embarqué sur un avion volant à une altitude approximative de 1 700 m peut détecter
des poissons à des profondeurs de 16 m.
19
2. Méthodes indirectes d'évaluation de la pêche
La mesure des paramètres influant sur la répartition et l'abondance de poissons aide à
évaluer une ressource halieutique. La recherche sur les effets environnementaux liés à
la pêche consiste, en grande partie, à mettre en corrélation un paramètre unique avec
la répartition spatiale et temporelle des poissons. Il est très probable, cependant, que le
poisson soit sensible à l'ensemble des facteurs du milieu. Aussi, est-il nécessaire de
corréler un grand nombre de paramètres, obtenus par télédétection, avec la répartition
du poisson.
Les paramètres environnementaux le plus couramment mesurés par les capteurs
aériens et spatiaux sont les suivants: propriétés optiques ou bio-optiques de surface (le
coefficient d'atténuation diffuse, la matière totale en suspension, la substance jaune, les
pigments de chlorophylle et les macrophytes sont couramment regroupés sous le terme
général de couleur d'océan); température de surface, caractéristiques de circulation
verticale et horizontale; salinité, pollution du pétrole et état de la mer.
Propriétés optiques de surface
Les propriétés optiques de la couche superficielle marine sont déterminées par la
présence de matière dissoute et en suspension. En conditions normales, la lumière
visible pénètre les eaux marines à une profondeur d'une dizaine de mètres. A mesure
que la concentration des composants aquatiques augmente, l'eau devient plus trouble,
et la pénétration de la lumière du soleil diminue à cause des processus d'absorption et
de diffusion. Suivant les caractéristiques spécifiques des matières présentes dans l'eau,
c'est-à-dire leur signature spectrale, les processus d'absorption et de diffusion varient
avec la longueur d'ondes de la radiation incidente. On peut donc se fonder sur les
observations multi spectrales pour évaluer la nature et la concentration des composants
de l'eau. Les capteurs passifs fonctionnant dans les longueurs d'ondes visibles
(principalement CZCS mais aussi MSS, TM et HRV) pour obtenir une image de la couleur
de l'eau. Les capteurs actifs qui fournissent leur propre source d'éclairement, par
exemple le lidar, peuvent également être utilisés mais seulement à partir d'un avion et
pour l'échantillonnage plutôt que pour l'imagerie. Les principaux paramètres qui
peuvent être calculés à partir de la radiation de paramètres qui peuvent être calculés à
partir de l'eau, moyennant des algorithmes construits empiriquement, sont énumérés
ci-dessous.
20
Coefficient d'atténuation diffuse
Ce coefficient, à une longueur d'onde spécifique, est une propriété optique apparente.
Sa valeur dépend de la répartition de la lumière résultant de la dispersion, de la diffusion
et de l'absorption au point de mesure in situ. Ce paramètre, quand il est mis en
corrélation avec la profondeur du disque Secchi et les nuances de couleur Mansell, de
classer physiquement l'eau suivant la couleur. Sa valeur peut être interprétée comme
une mesure de la turbidité de l'eau et il constitue un moyen précieux pour les études
halieutiques. Il a été démontré, par exemple, que la turbidité et le repérage du
menhaden dans le Mississipi Sound sont en étroite corrélation
Matière totale en suspension (seston):
Outre les paramètres optiques, la concentration totale des agents d'absorption et de
diffusion peut servir à classer les eaux de surface au moyen de leur couleur. Le recours
à ce paramètre peut être particulièrement indiqué pour le classement des eaux où les
sédiments minéraux et/ou organiques entrent pour une large part dans les propriétés
Figure 1 : Concentrations de sédiments en suspension dans la baie de Fundy, Canada,
d'après les données LANDSAT MSS
21
optiques de la couche superficielle. Il convient aussi lorsqu'il faut utiliser la concentration
de sédiment comme traceur naturel pour identifier le mouvement de l'eau et les limites
frontales (voir figure 1).
Substance jaune:
On peut la définir comme étant les matériaux provenant de la dégradation de la matière
organique terrestre et marine. C'est un paramètre important pour la surveillance des
eaux côtières polluées, puisqu'il permet d'identifier les zones marines où l'exploitation
de filtreurs,, comme les coquillages, peut être dangereuse. Dans certaines régions du
monde, par exemple la Mer du Nord, ce paramètre a montré une certaine corrélation
avec la salinité des eaux de surface.
Pigments de chlorophylle:
La concentration des pigments de chlorophylle (pigments photosynthétiques de
phytoplancton) est souvent considérée comme un indice de la productivité biologique
et, elle peut être rapportée à la production de poissons. Les concentrations de
chlorophylle au-dessus de 0,2 mg/m³ indiquent une présence de plancton suffisant pour
entretenir une pêche commerciale viable (Gower, 1972). Les pigments de chlorophylle
ont une signature spectrale spécifique et distincte, car ils absorbent la lumière bleue (et
rouge) et reflètent fortement le vert, influant ainsi sur la couleur d'océan. Les
observations multi spectrales à partir de capteurs aériens ou spatiaux permettent donc
de déduire la concentration en phytoplancton (voir figure 7.2).
Macrophytes:
Dans les zones côtières on trouve couramment de la végétation macrophytique (algues).
Certaines espèces ont une importance économique, mais toutes jouent un rôle majeur
dans la subsistance de la faune marine. Les diverses espèces d'algues ont des propriétés
différentes de réflexion de la lumière, par exemple, elles réfléchissent plus de radiation
certaines espèces d'algues peut être détectée à partir de capteurs passifs visibles,
aériens ou spatiaux. Etant donné la faible intensité de la lumière au moment où elle
quitte l'eau, il est souvent plus efficace d'utiliser des capteurs aériens comme les
caméras aériennes ou les radiomètres
22
Figure 2 : Concentration de chlorophylle au large de la Côte Ouest de la France, d'après une image CZCS (juillet 1981). Une
floraison de dinoflagellates est indiquée an rouge.
Température de surface
Depuis 1973, la NOAA s'occupe de déterminer la température de surface de la mer - SST
(Sea Surface Temperature) - à partir des données satellites. La détermination de la SST
à partir des données du radiomètre infra-rouge est un processus bien rodé (voir figure
7.4). Des cartes mondiales de la température de surface de la mer (SST) sont établies
sur une base opérationnelle. Elles se présentent sous forme de listing informatique ou
de cartes en courbes de niveau avec des mesures spatialement uniformes et
23
radiométriquement corrigées. A partir des données tirées des satellites TIROS, NOAA et
METEOSAT, on a pu dresser des cartes de la SST avec une précision de 0,5° – 2°C et en
temps proche réel.
Les satellites héliosynchrones de la séries NOAA fournissent des images à grand pouvoir
de résolution (1 km) deux fois par jour, alors que les satellites géostationnaires (GOES,
METEOSAT) fournissent des images toutes les demi-heures mais avec une résolution de
25 km seulement. Les satellites géostationnaires sont utilisés principalement pour la
zone proche-équateur où la résolution du capteur est la meilleure. A des latitudes
supérieures à 40° la déformation de l'image est trop importante pour une utilisation
opérationnelle.
La présence de nuages ou de brumes contamine les données jusqu'à un certain point,
mais la connaissance des variations ou tendances journalières permet de faire des
corrections par interpolation. L'information réelle donnée par les bateaux est une aide
supplémentaire pour déduire avec précision les zones de température.
A ce jour, les cartes de SST sont principalement utilisées par les flottilles de pêche au
thon et au saumon. Il est bien connu que certaines espèces de thon se nourrissent dans
les eaux chaudes des fronts thermiques du large, et le saumon dans les eaux froides
des forets thermiques de la côte. La présence de certaines autres espèces est
également en corrélation avec la SST. De plus, les cartes SST permettent de détecter des
caractéristiques physiques comme les gyres, les remous, les inversions et les upwellings
qui sont importants pour la pêche.
Caractéristiques de circulation
Plusieurs techniques de télédétection peuvent fournir des renseignements sur les
caractéristiques de circulation de surface qui ont leur importance pour définir les
habitats des poissons marins. Il s'agit, entre autres, de l'emplacement et de l'évolution
des limites frontales, des zones d'upwelling, et des structures des courants et de la
circulation en général. Les caractéristiques optiques et thermiques des eaux de surface
peuvent être utilisées comme traceurs naturels des structures dynamiques. Ce qui a été
24
dit précédemment à propos de la couleur et de la température de surface de la mer est
donc là encore à considérer du point de vue de cette application. Les techniques
d'hyperfréquences, en particulier les capteurs actifs (altimètre à radar) peuvent aussi
être employées pour la détection des grandes caractéristiques de circulation. Par
exemple les mesures, par télédétection, des déplacements verticaux des eaux de
surface peuvent fournir des renseignements sur les caractéristiques dynamiques d'un
bassin.
Salinité
La mesure de la salinité à partir des données acquises par télédétection n'est pas
opérationnelle actuellement. D'après les recherches cependant, il est possible de
déterminer la salinité, en utilisant des capteurs à hyperfréquences ayant une précision
d'une partie pour mille. Les propriétés des hyperfréquences sur la surface de la mer
sont une fonction de son état physique et chimique. L'émissivité de l'eau de mer est en
rapport avec la salinité. Les changements de salinité provoquent des changements
importants de la température de brillance de l'eau pour des fréquences inférieures à 5
GHz. On peut donc déterminer, à l'aide de la télédétection, la salinité de l'eau de mer en
mesurant avec précision la température de brillance. La précision de cette technique
est suffisante pour permettre la cartographie de l'étendue d'eau douce à l'embouchure
d'un fleuve ou l'étude des estuaires et des eaux proches du littoral.
Pollution par le pétrole
Différentes méthodes servent à repérer les nappes de pétrole en mer: détection à l'oeil
nu, par une caméra aérienne, par MSS et CZCS; par hyperfréquence, par SMMR et SAR,
par fluorescence (lidar) et détection thermique avec le scanneur à infrarouge.
La méthode visuelle permet de repérer le changement de couleur et de brillance dû à
la présence de pétrole. Les effets d'interférence du REM (bande de couleur) et la
modification de la réflexion spéculaire du soleil sur les nappes font partie des
phénomènes de la lumière visible utilisés pour détecter les nappes de pétrole. La
méthode d'hyperfréquence, guand on recourt aux techniques passives est basée sur la
différence d'émissivité entre la surface de la mer et la nappe de pétrole. La détection de
pétrole par les capteurs actifs à radar s'effectue grâce au phénomène de rétrodiffusion
des petites ondes amorties par la nappe de pétrole. Les propriétés fluorescentes des
hydrocarbures peuvent être détectées et distinguées par des lidars appropriés. Ces
25
fluorocapteurs à laser peuvent aussi identifier les types fondamentaux de pétrole (lourd,
léger, etc…) et fournir une mesure de l'épaisseur de la nappe. Les capteurs thermiques
identifient le pétrole par le biais de la différence dans l'absorption solaire et l'émissivité
thermique entre le pétrole et l'eau et ils fournissent également une mesure élémentaire
de l'épaisseur de la nappe.
L’absorption solaire et l'émissivité thermique entre le pétrole et l'eau et ils fournissent
également une mesure élémentaire de l'épaisseur de la nappe.
Etat de la mer
On sait depuis bien longtemps qu'une mer agitée sous l'effet du vent, influe sur la
répartition du poisson. Les avions ou satellites équipés de SAR sont en mesure
d'effectuer un levé photogramétrique en temps proche-réel de l'état de la mer dans les
zones de pêche; ces renseignements peuvent être transmis aux pêcheurs via une
station de contrôle au sol.
Les capteurs à hyperfréquence à bord du SEASAT sont capables de relever les mesures
suivantes avec un haut degré de précision:
i. altimètre à radar: hauteur des vagues et microtopographie de la surface
de l'océan;
ii. radar à synthèse d'ouverture (SAR): longueur d'ondes et direction des
vagues (voir figure 7.5);
iii. diffusomètre à radar (SASS): vitesse du vent proche de la surface au-
dessus des océans, dans toutes les conditions atmosphériques.
Le satellite ERS-1, qui devrait être lancé en 1989, portera une charge utile de capteurs
semblables à ceux du SEASAT. Ceux-ci serviront aux mêmes fins que celles évoquées ci-
dessus.
Bien que plusieurs chercheurs aient déjà étudié l'effet des vagues sur la répartition du
poisson, nul n'a encore tenté de relier quantitativement l'abondance du poisson à un
des paramètres de l'état de la mer.
26
VI. Détection de déversements d'hydrocarbure
1. Contexte Général
Les déversements d'hydrocarbures sont néfastes pour la vie marine, en plus
d'endommager l'habitat naturel des animaux terrestres et des humains. La plupart des
déversements d'hydrocarbures sont le résultat des navires qui vident leurs réservoirs
avant ou après l'entrée au port. Les déversements d'hydrocarbures de grande superficie
sont le résultat de bris ou de collisions de pétroliers avec un récif ou un autre navire.
Ces écoulements causent des dommages environnementaux sur d'immenses étendues
et attirent l'attention des médias du monde entier. La surveillance régulière des voies
de navigation et des régions côtières est nécessaire pour appliquer les lois sur la
pollution maritime et pour identifier les contrevenants.
Suite à un déversement, l'opérateur du navire ou de la compagnie pétrolière est
responsable de la mise sur pied d'équipes d'évaluation et de secours, et de la mise en
place de mesures de contrôle pour en minimiser les effets et l'étendue. Si l'opérateur
ou la compagnie ne possèdent pas les ressources nécessaires, les agences
gouvernementales en charge du contrôle des désastres seront mises à contribution et
géreront les activités. Dans tous les cas de déversements, les agences
gouvernementales jouent un rôle important dans l'application des lois sur la protection
de l'environnement. Pour limiter les régions affectées par le déversement et pour
faciliter les efforts pour contrôler la nappe et le nettoyage, plusieurs facteurs doivent
être identifiés :
la localisation de la nappe
le volume et l'étendue du déversement
la direction et la vitesse de déplacement de la nappe d'hydrocarbures
la direction des vents, des courants et des vagues pour la prédiction des
mouvements ultérieurs.
2. Intervention de la télédétection
La télédétection offre l'avantage d'être capable d'observer des événements dans des
régions éloignées et souvent inaccessibles. Par exemple, les écoulements de pétrole
d'un pipeline brisé peuvent passer inaperçus pour une période de temps à cause de
l'incertitude dans la localisation du point exact de l'écoulement et des connaissances
27
limitées sur l'étendue du déversement. La télédétection peut être utilisée pour trouver
et surveiller les écoulements.
Pour les déversements océaniques, la télédétection peut fournir de l'information sur la
vitesse et la direction du mouvement de la nappe d'hydrocarbures à partir d'images
multitemporelles. Les données peuvent aussi être intégrées à des modèles de dérive et
peuvent faciliter la planification des efforts de contrôle et de nettoyage. Les systèmes de
télédétection utilisés sont : la vidéo infrarouge et les photos aériennes, les images
infrarouges thermiques, les lasers fluoromètres aéroportés, les images optiques
satellitaires, et les images RSO aéroportées et satellitaires. Les capteurs RSO ont un
avantage sur les capteurs optiques, car ils peuvent acquérir des images durant la nuit et
les journées ennuagées. Les utilisateurs de données de télédétection pour les
applications aux déversements d'hydrocarbures sont la Garde côtière, les agences
nationales de protection de l'environnement, les compagnies pétrolières, l'industrie du
transport maritime, les compagnies d'assurance, l'industrie de la pêche, les ministères
des pêches et océans et le ministère de la défense.
3. Etude De Cas
Le Sea Empress, un superpétrolier s'est échoué près de la ville de Milford Haven, au
pays de Galles, le 15 février 1996. Après avoir frappé des rochers, la coque extérieure
du navire a été percée et 70 000 tonnes de pétrole léger brut ont été dispersées vers
le sud, dans des conditions de tempête.
Dans cette image RADARSAT acquise une
semaine après le déversement, l'étendue
de la nappe de pétrole est visible. Les
tons foncés au large représentent les
régions où le pétrole est présent et les
régions de tons moins foncés,
directement au sud, sont des régions où
un dispersant a été vaporisé sur la nappe pour favoriser l'émulsion du pétrole. Le
pétrole qui flotte sur la surface de l'eau supprime les vagues capillaires de l'océan, ce
qui créé une surface plus lisse que l'eau environnante. Cette surface lisse paraît
foncée sur une image radar. Lorsque le pétrole commence à émulsionner et que les
mesures de nettoyage ont commencé à faire effet, les vagues capillaires reviennent
et le pétrole paraît plus clair. L'étendue, la localisation, et la dispersion de la nappe
d'hydrocarbures peuvent être déterminées en utilisant ce genre d'images.
28
VII. Surveillance côtière et océanique
En plus de constituer une importante source de
nourriture et une immense ressource
biophysique, les océans servent aussi de voies de
transport, ils sont importants dans la formation
des systèmes météorologiques et comme
réservoirs à CO2. Les océans sont un élément
majeur dans l'équilibre hydrologique de la Terre.
La compréhension de la dynamique des océans
est importante pour l'évaluation des réserves de poissons, pour la planification du trajet
des navires, pour la prédiction des conséquences sur la circulation atmosphérique de
phénomènes comme El Nino, pour la prévision et la surveillance des tempêtes dans le
but d'en réduire les impacts désastreux sur la navigation marine, pour l'exploration au
large et pour le développement côtier. Les études de la dynamique des océans
comprennent l'évaluation de la direction, de la vitesse et de la hauteur des vagues,
l'identification des phénomènes d'échelle moyenne, la bathymétrie, la température de
l'eau et la productivité des océans.
Les régions côtières sont sensibles aux changements environnementaux aux
changements créés par le développement économique et aux changements
d'utilisation du sol. Souvent, les côtes sont des zones à grande biodiversité, et peuvent
être très urbanisées; 60 % de la population de la Terre habite près des océans. Les
zones côtières sont donc des régions de plus en plus affectées par l'activité humaine.
Les agences gouvernementales qui effectuent le suivi des activités humaines dans
leurs régions, ont besoin de nouvelles sources de données pour surveiller les
changements comme l'érosion côtière, la perte d'habitat naturel, l'urbanisation, la
pollution. Les techniques de télédétection peuvent fournir des données pour des
applications telles que la cartographie de la dynamique des océans et la surveillance
des changements survenus aux régions côtières.
Voici d’autres exemples d'applications de la télédétection aux océans :
Identification des patrons océaniques :
- courants, patrons de circulation régionale, zones de cisaillement
- zones frontales, vagues internes, vagues de gravité, remous,
- zones de résurgence, bathymétrie d'eau peu profonde
Prévisions des tempêtes :
29
- Évaluation du vent et des vagues
Évaluations des réserves de poissons et des mammifères marins :
- surveillance de la température de l'eau
- qualité de l'eau
- production océanique, concentration et dérive du phytoplancton
- inventaire et surveillance de l'aquaculture
Déversements d'hydrocarbures :
- cartographie et prédiction de l'étendue et de la dérive des déversements
- support stratégique pour la planification des opérations de secours
- identification des régions de fuites naturelles pour l'exploration
Transport maritime :
- planification de routes
- études de densité du trafic
- surveillance des pratiques de pêche
- bathymétrie des eaux peu profondes
Zones intertidales :
- effets des marées et des tempêtes
- délimitation de l'interface terre-eau
- cartographie des éléments côtiers
- dynamiques des plages
- cartographie de la végétation côtière
- effet des activités anthropogéniques
Traitement d’image en océanographie
I. Contexte général
L'analyse de la couleur de l'océan sert à déterminer la santé des océans en mesurant
l'intensité de l'activité biologique par des moyens optiques. Le phytoplancton est une
des pierres angulaires de la chaîne alimentaire mondiale. La chlorophylle, qui absorbe
la lumière rouge (ce qui produit la couleur bleu-vert de l'océan), est considérée comme
un bon indicateur de la santé de l'océan et de son niveau de productivité. La
cartographie des patrons temporels et spatiaux de la couleur océanique à l'échelle
régionale et l'échelle du globe a donné un aperçu des propriétés et des processus
fondamentaux du biotope marin.
30
La cartographie et la compréhension des changements dans la couleur de l'océan
peuvent aider à la gestion des réserves de poissons et d'autres formes de vies
aquatiques, à la définition des quotas de récoltes, à la surveillance de la qualité de l'eau,
et permettent l'identification de la pollution humaine et naturelle (telle que les fuites de
pétrole et les floraisons d'algues) nuisibles à la pisciculture et à la production de fruits
de mer.
En général, la production océanique semble être plus élevée dans les régions côtières à
cause de la proximité des zones de résurgence des substances nutritives et des
conditions de circulation favorables à l'accumulation de nourriture.
II. Couleur Des Océans
La « couleur » de l’océan est déterminée par les interactions de la lumière avec l’eau.
Nous voyons de la couleur quand la lumière est réfléchie par les objets autour de nous.
La lumière blanche est composée d’une combinaison (ou « spectre ») de couleurs,
que les gouttes d’eau séparent en un arc en ciel. Quand la lumière atteint la surface
d’un objet, les différentes couleurs peuvent être absorbées, transmises, dispersées
ou réfléchies selon différentes intensités. La couleur que nous voyons dépend des
couleurs réfléchies. Par exemple, un livre qui nous apparaît rouge absorbe la plupart
du vert et du bleu de la lumière blanche qui l’éclaire, et réfléchit le rouge. La lumière qui
est dispersée où transmise par la plupart des objets n’est souvent pas visible à nos yeux.
Les substances dans l’eau de mer qui affectent la couleur réfléchie sont le
phytoplancton, les particules inorganiques, la matière organique dissoute et l’eau elle-
même . Le phytoplancton contient de la chlorophylle, qui absorbe le rouge (620-700 nm)
et le bleu (446-500 nm) et réfléchit le vert (500-578 nm). Les particules peuvent réfléchir
et absorber de la lumière, ce qui réduit la clarté (transmission de la lumière) de
l’eau. La matière organique dissoute absorbe fortement la lumière bleue, et sa présence
peut interférer, de ce fait, avec les mesures de chlorophylle.
31
Figure 4 :: Eaux turbides. A gauche : James Bay (canada) le 16 octobre 1998. A droite Mer de Azov (entre la Russie et
l’Ukraine) le 9 octobre 1998.
Quand nous regardons l’océan ou que nous l’observons de l’espace, nous voyons que
l’océan est bleu car l’eau absorbe le rouge et réfléchit le bleu. En utilisant des
instruments qui sont plus sensibles que l’œil humain, nous pouvons mesurer un large
panel de dégradés de bleu-vert, qui révèlent la présence de différentes quantités
de phytoplancton (Figure 1), sédiments et matière organique dissoute (Figure2).
Figure 3 : courant de malouines (à l’est de l’argentine), le 27 novembre 2001.Les eaux turquoises contrastent
clairement avec les eaux froides bleu foncé plus loin de la côte.
32
III. Niveau des océans
les variations saisonnières de l'océan : les valeurs négatives (en bleu) et positives
(en jaune-rouge) correspondent à la contraction et à la dilatation des eaux de
surface, liées à leur refroidissement en automne et en hiver.
les zones les plus turbulentes (bosses en rouge et creux en violet sur la carte de
hauteurs résiduelles tirées de l'altimétrie, à gauche) correspondent à des zones de
forte activité biologique (en rouge sur la carte de couleur de l'eau : quantité de
chlorophylle a observée par mètre cube d'eau).
33
Conclusion
Ce travail a été pour nous une meilleure occasion pour découvrir et simuler les
différentes techniques, approches et le grand apport de la télédétection dans divers
applications et plus précisément dans l’océanographie. Durant ce présent travail nous
avons vu plusieurs applications de la télédétection dans le domaine de l'océanographie
et nous avions l’opportunité de comprendre des phénomènes ayant une relation directe
avec la télédétection au milieu océanique. L'utilisation des outils de télédétection dans
plusieurs domaines n'est considérée opérationnelle que pour certaines applications
comme la production de cartes de température de surface et l'observation des glaces
marines. Les travaux de recherche mentionnés montrent toutefois bien l'utilité
potentielle d'autres outils de télédétection, par exemple dans le domaine de la prévision
de la houle. Des progrès sont cependant encore nécessaires dans tous les champs
d'application afin d'améliorer la précision et la stabilité des estimations et pour élaborer
des algorithmes d'extraction d'information plus efficaces.
Il serait insensé de prétendre que la télédétection apporte toutes les réponses
aux divers problèmes liés au milieu océanique. L'utilisation de cet outil doit plutôt être
perçue comme un élément supplémentaire pour augmenter la compréhension des
océans par le moyen, entre autres, d'une vision synoptique et temporelle très
importante. La télédétection ne remplacera par ailleurs jamais le besoin d'acquisition de
données in situ dans la colonne d'eau à l'aide de techniques traditionnelles. Ces
données seront en effet toujours nécessaires pour les étapes d'étalonnage,
d'interprétation et de validation des informations obtenues par télédétection ainsi que
pour permettre la modélisation tridimensionnelle des océans. Dans ce contexte, la
télédétection n'est donc qu'un outil de plus à la disposition des chercheurs en sciences
de la mer.
.
34
La Bibliographie / Webographie
Ressources naturelles Canada
http://www.rncan.gc.ca/sites/www.nrcan.gc.ca/files/earthsciences/pdf/resource/tutor/f
undam/pdf/fundamentals_f.pdf
Surveillance par Satellite des pollutions par hydrocarbure
http://archives-fig-st-die.cndp.fr/actes/actes_2007/pronier/diaporama.pdf
Application de la télédétection à la pêche marine
http://www.fao.org/docrep/003/t0355f/T0355F08.htm#ch8.1
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