Directive Cadre sur l`Eau, Apports de l`imagerie - envlit

Directive Cadre sur l’Eau
Apports de l’imagerie satellite pour la surveillance des masses d’eau côtières du
bassin Loire-Bretagne
Bertrand Saulquin1, Hélène Oger-Jeanneret 2et Francis Gohin 1
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Ifremer Brest, DYNECO-PELAGOS, Ifremer Nantes, LER-MPL
avec le concours des agents des laboratoires LER-FBN St-Malo et Concarneau, LER-MPL La Trinitésur-mer et Nantes, LER-PC La Rochelle.
L’étude menée par Lozac’h et al. (2006) a montré une bonne concordance entre les données
acquises par l’imagerie satellite et les mesures in situ réalisées dans le cadre du réseau
REPHY ou de campagnes en mer. Ce travail a mis en évidence l’intérêt de l’imagerie
satellite (SeaWIFS) en tant qu’outil opérationnel pour la surveillance des masses d’eau du
littoral Loire Bretagne et leur classement selon le paramètre Chlorophylle a. Il a été mis à
jour en 2007 en utilisant le satellite MODIS qui est un des satellites utilisés par l’Ifremer pour
acquérir des données « couleur de l’eau ».
Le principal avantage de l’imagerie satellite est de pouvoir proposer le classement de toutes
les masses d’eau pour le paramètre Chla (Fig. 2, gauche), tandis que les données REPHY
ne permettent d’établir ce classement que pour les masses d’eau dans lesquelles des points
sont échantillonnés régulièrement (Fig. 1).
Il est aujourd’hui possible d’envisager à terme un suivi du paramètre Chla grâce aux seules
images satellites, en s’affranchissant ainsi des sorties en mer, qui supposent une
organisation relativement lourde et coûteuse (et qui sont impossibles dans certaines
conditions météorologiques), même si dans l’immédiat, le suivi des paramètres composition
et abondance du phytoplancton rend nécessaire la prise d’échantillons en mer.
Quelques remarques qualitatives sur le classement des masses d’eau obtenu à partir
des données satellites.
Les résultats ci dessous ont été obtenus en comparant les données in situ (fournies par
C.Belin, Ifremer) aux données satellites (MODIS et SeaWIFS algorithme OC5) sur la période
de référence 2001-2006.
L’étude de ces données montre que les points très proches de la côte ne sont pas
représentatifs de l’ensemble de la masse d’eau mais plutôt de la zone très côtière ; ils ont
tendance à surestimer la concentration moyenne en Chla de la masse d’eau.
La concentration observée par le satellite au pixel correspondant à chaque station est proche
de l’observation in situ (figure 2, droite), bien que le nombre de données pour le satellite soit
bien supérieur et que l’on soit parfois obligé de prendre un pixel « décalé » pour pouvoir
réaliser la comparaison. Le classement « satellite » réalisé avec cette méthode est proche
de celui obtenu avec les données in situ.
Le classement obtenu par moyenne des pixels de P90 de Chla au sein de la masse d’eau
(figure 2 gauche) est en général inférieur à celui obtenu par moyenne des stations in situ à
l’intérieur de ces mêmes masses d’eau (figure 1), et ceci à cause de la non homogénéité de
celles-ci.
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Figure 1 : classement des masses d’eau côtières du bassin Loire-Bretagne pour le paramètre Chla à
partir des données REPHY (période 2001-2006).
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Figure 2 : classement des masses d’eau côtières du bassin Loire-Bretagne pour le paramètre Chla à partir des données MODIS et SeaWIFS (période 2001-2006). A
gauche, classement obtenu en moyennant les pixels de P90 Chl-a dans la masse d’eau ; à droite classement obtenu en prenant la valeur du pixel correspondant à la
station.
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figure 3-a : P90 du paramètre Chla, obtenu à partir de données des données satellites Seawifs et
MODIS, 2001 à 2006.
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Amélioration de la stratégie d’échantillonnage : choix de points représentatifs à partir
des données satellites
Pour répondre aux exigences de la DCE en matière de surveillance des eaux côtières,
l’Ifremer a choisi de déplacer vers le large certains points de surveillance REPHY situés sur
des digues ou pontons. Leur localisation, conforme aux objectifs sanitaires et patrimoniaux
du REPHY, ne permet pas, en effet, d’obtenir des résultats représentatifs d’une masse d’eau
en termes de turbidité et d’oxygène dissous comme le demande la DCE
Dans un premier temps, les nouveaux points ont été placés de façon arbitraire, au large des
points actuels, sous l’hypothèse que l’éloignement de la côte les rendrait plus représentatifs
de l’ensemble de la masse d’eau.
Depuis, les images satellites MODIS et SeaWIFS, traitées sur la période 2001 à 2006, ont
permis d’évaluer la classe de qualité pour chaque masse d’eau. Parallèlement, l’examen de
ces images à l’échelle du pixel (1 X 1 km) permet d’apprécier l’homogénéité (ou non) des
masses d’eau (Figures 3-a et 3-b).
Figure 3-b : Zoom en pointe de Bretagne, P90
du paramètre Chla, obtenu à partir des données
satellites Seawifs et MODIS, 2001 à 2006.
Afin de positionner au mieux les points de surveillance, on a choisi de retenir les pixels
représentatifs à 80% de la qualité moyenne en Chla de chaque masse d’eau DCE, établie
sur la période productive de 2003 à 2005.
Cela correspond à des valeurs de Chla comprises entre m – 1.29 σ et m + 1.29 σ (m et σ
représentant respectivement la moyenne et l’écart-type de la concentration en Chla dans la
masse d’eau).
Les cartes qui suivent (Fig.4) représentent (en bleu) les pixels considérés comme
représentatifs de chaque masse d’eau et, en vert, la localisation des points REPHY existants
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(identifiant Quadrige à 8 chiffres) ou qui ont été créés (commençant par « x ») pour répondre
aux besoins de la DCE.
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Figure 4 : Représentativité des pixels au sein des masses d’eau DCE pour le paramètre Chla
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Conclusion
En ce qui concerne le replacement des stations, de nombreux points ont été déplacés dans
des zones jugées représentatives de la qualité des masses d’eau pour le paramètre Chla ;
leur choix est donc validé.
Dans certains cas néanmoins, les nouveaux points sont situés hors de la zone la plus
représentative :
o
Lorsqu’il s’agit d’une masse d’eau dans laquelle les valeurs de Chla sont toujours très
faibles (Bréhat 14029001, Perros-Guirrec large x03, baie de Morlaix x05, Ouessant
x08), la position des points actuelle ou prévue pourra être conservée. En effet, elle
résulte en général de considérations logistiques liées à la difficulté d’accès en bateau
à des secteurs très agités (et donc bien renouvelés). Compte tenu des faibles valeurs
observées, aussi bien par les mesures in situ que par l’imagerie satellite, le
déplacement des points n’apporterait pas de gain d’information et ne pourrait pas se
faire à moyens financiers constants.
o
Dans certaines masses d’eau où les conditions d’accès sont plus aisées, les points
pourront être déplacés sans difficulté lorsqu’ils sont en dehors ou en limite de la zone
représentative. C’est le cas de plusieurs baies : St Brieuc (15032010), Douarnenez
(x10) et Bourgneuf (28061004).
De la même manière, les points situés au large de Groix (23045001) et de l’estuaire
de la Loire (28060025 qui correspond à l’actuel point REPHY) pourraient être
légèrement déplacés.
Les Laboratoires Environnement-Ressources de l’Ifremer, qui sont responsables de
la mise en œuvre du contrôle de surveillance DCE, détermineront au printemps 2007,
en fonction des différentes contraintes, la localisation des nouveaux points qui seront
alors validés. Leurs coordonnées seront mises à jour dans l’atlas DCE.
o
La masse d’eau GC26 est celle pour laquelle il y a le moins de concordance entre les
résultats des mesures in situ et l’imagerie satellite et pour laquelle le déplacement du
point existant pose problème. En effet, le point REPHY actuel (20040001) est
représentatif d’une zone très côtière (fig. 3-b), et ne traduit pas la qualité moyenne au
sein de la masse d’eau (fig. 4, p. 7 et 8). Compte tenu de son intérêt au titre du suivi
des populations phytoplanctoniques potentiellement toxiques, ce point sera
néanmoins conservé en 2007. L’accès en bateau au centre de la masse d’eau est
rendu difficile par la forte agitation qui règne dans ce secteur ; aussi, le laboratoire
LER-FBN de Concarneau étudiera en 2007 un éventuel déplacement de ce point
dans un secteur côtier de la masse d’eau GC26 plus représentatif de sa qualité
globale.
o
Compte tenu de sa petite taille et de son enclavement, la seule masse d’eau côtière
pour laquelle l’imagerie satellite ne permet pas de valider le choix du point de
prélèvement est le golfe du Morbihan. Dans ce cas précis, le maintien du point
26054003 est validé à dire d’expert.
Les résultats encourageants obtenus grâce à l’utilisation de l’imagerie satellite nous
encouragent à poursuivre la validation de cette méthode en 2007, en comparant les données
satellitaires et des données in situ de manière systématique et en quasi temps réel. Ce
travail devra être également complété par l’évaluation des coûts nécessaires au suivi sur le
long terme du paramètre Chla par imagerie satellite pour évoquer la potentialité d’une mise
en place opérationnelle de cette méthode. Compte tenu de l’échelle spatiale à laquelle les
informations sont recueillies, une organisation inter-bassins pourrait être envisagée.
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