IRD fiche scientifique n°220 - Des images satellites pour mieux

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Des images satellites pour mieux comprendre
la circulation des sédiments
L’érosion et les activités humaines sont à l’origine d’importants apports qui
peuvent constituer une menace pour l'équilibre biologique et la richesse du
lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Des scientifiques du centre IRD de
Nouméa recourent depuis plusieurs années à la modélisation pour comprendre
la circulation des courants et le transport des sédiments (1). La télédétection
par satellite permettant de quantifier de façon fiable la concentration de
matières en suspension dans l’eau, ces chercheurs ont comparé les données
transmises par le satellite Landsat aux mesures réalisées in situ dans le lagon.
Les résultats montrent qu’une carte précise de la turbidité de l’eau peut être
établie grâce à la télédétection optique, le taux d’incertitude étant inférieur à
20%. Les images satellites permettent donc de calibrer, d’affiner et de valider
les modèles numériques de transport des sédiments. Cette double approche
fournit de plus une répartition spatiale du potentiel de remise en suspension
des fonds, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche.
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Fiche nº 220
Février 2005
e lagon qui entoure la Nouvelle-Calédonie
est connu pour sa grande biodiversité et la
fragilité de ses récifs coralliens. Quels sont
les impacts sur ces milieux des activités anthropiques, liées principalement à l’urbanisation et à
l’industrie minière, et des apports provenant des
rivières résultant de l’érosion naturelle des sols ?
Les chercheurs de l’unité Camélia, du centre
IRD de Nouméa, se sont emparés de cette
question. Leurs travaux portent principalement
sur le lagon sud-ouest, aux alentours de
Nouméa, la capitale, où réside la moitié de la
population. Ils concernent plusieurs aspects,
notamment la recherche sur l’accumulation des
métaux dans des organismes marins, l’étude
des courants responsables de la dispersion des
matériaux apportés par les rivières, ou encore
l’analyse de la qualité des eaux marines
(éléments dissous, suspensions). La turbidité
constitue en effet un facteur limitant pour le
développement des coraux car elle réduit la
pénétration de la lumière dans l’eau. De plus,
L
les particules fines en suspension drainent des
métaux susceptibles de contaminer les écosystèmes aquatiques.
Dans le domaine de l’étude de l’environnement, l’emploi de modèles numériques permet
de mieux appréhender les phénomènes à des
échelles variables, et d’en prévoir les impacts.
L’efficience de la modélisation passe par une
validation de ses résultats, confrontés à de
nombreuses observations réalisées in situ. Il est
également possible de comparer, à la surface
des eaux marines, les simulations numériques
aux images satellites. La combinaison de ces
informations et des données in situ avec la
modélisation permet, de fait, une description en
trois dimensions des processus étudiés.
Cette démarche a été entreprise pour étudier le
transport des sédiments dans le lagon sudouest de la Nouvelle-Calédonie. La physique du
transport des sédiments fait appel à une
approche hydrodynamique. Les chercheurs
utilisent un modèle numérique qui reproduit les
../...
IRD - Marie Guillaume, coordinatrice et rédactrice
Délégation à l’information et à la communication - 213, rue La Fayette - F-75480 Paris cedex 10 - France
téléphone : +33 (0)1 48 03 76 07 - fax : +33 (0)1 40 36 24 55 - courriel : [email protected]
courants et le transport des matières, en tenant
compte des contraintes apportées par le champ des
vents et la marée (1). Il permet de déterminer les flux
d’érosion et de préciser les zones de dépôt des particules. La validation et l’affinement des modèles passe
par des mesures in situ de turbidité, mais aussi des
sédiments, afin de rendre compte en particulier de l’hétérogénéité des fonds marins : sable blanc ou gris,
recouvert ou non d’un herbier, fond sablo-argileux et
vaseux, présence d’une embouchure de rivière… Or,
le lagon sud-ouest de la Nouvelle-Calédonie couvre
une superficie d’environ 2000 km2, ce qui rend difficile
et complexe la calibration du modèle numérique à
partir des seules mesures in situ.
Les scientifiques de l’unité Camélia de l’IRD ont
récemment montré que les images satellites pouvaient
apporter une aide considérable à la modélisation du
transport de sédiments. En effet, la turbidité de l’eau
résultant de la présence de fines particules en suspension, les variations de nature et de concentration de
ces particules modifient les propriétés optiques des
eaux marines. Ainsi la télédétection, en indiquant les
variations de couleurs de l’eau océanique, permet-elle
de dresser une carte de cette turbidité. Celle-ci, établie
à partir des images transmises par le satellite Landsat,
a été comparée aux données disponibles quantifiées
par des mesures in situ, ainsi qu’à celles issues du
modèle numérique. L’estimation des concentrations de
matières en suspension par télédétection s’est avérée
fiable, avec un faible taux d’incertitude, de 17,5 % en
moyenne. Mais les images satellites ne sont accessibles que par temps clair et en l’absence de vent fort
(soit à < 10 m/s de vent ou < 20 nœuds), celui-ci générant trop d’écume et rendant difficile la détermination
des propriétés optiques des eaux marines. La télédétection constitue néanmoins un outil puissant, dont le
couplage avec les modèles numériques permet de
déterminer indirectement la distribution spatiale du
taux d’érosion sur l’ensemble du lagon sud-ouest. Les
données fournies contribuent ainsi à affiner et à valider
les modèles numériques, les seuls capables de fournir
des informations en trois dimensions sur la dynamique
et le déplacement des particules sédimentaires avec
des prévisions temporelles.
Par ailleurs, l’association de la télédétection aux
modèles numériques ouvre de nouvelles perspectives
de recherche. Puisqu’il est possible de dessiner la
répartition spatiale du taux d’érosion des fonds marins,
les travaux futurs tenteront d’analyser ce paramètre en
fonction de l’origine des particules sédimentaires
remises en suspension. Celles-ci peuvent provenir de
l’érosion des sols (origine terrigène) et être transportées par les rivières. Dans ce cas, elles sont plus facilement remises en suspension dans le lagon. Les
particules sédimentaires peuvent également provenir
des activités des organismes marins (origine biogène).
Ces vases d’origine marine, plus compactes, sont plus
difficilement remises en suspension. Les précisions
sur la nature biogène ou terrigène des particules sédimentaires devraient donc permettre d’affiner encore
les prévisions fournies par les modèles.
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(1) voir fiche d’actualité n°179 de juillet 2003, " Lagon de NouvelleCalédonie : suivre et prévoir la circulation des sédiments ", accessible à : http://www.ird.fr/fr/actualites/fiches/2003/fiche179.htm
Rédaction – IRD : Mina Vilayleck
Pour en savoir plus
CONTACTS :
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Mina Vilayleck (rédactrice, IRD Nouméa), tél. : (687) 26 07 99, courriel : [email protected]
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Hélène Deval (relations presse), tel. : 01 48 03 75 19, courriel : [email protected]
RÉFÉRENCES :
Ouillon S., P. Douillet, S. Andrefouët - Coupling satellite data with in situ measurements and numerical modeling to study fine suspendedsediment transport: a study for the lagoon of New Caledonia, Coral Reefs, 2004, 23: 109–122
Douillet P., S. Ouillon, E. Cordier - A numerical model for fine suspended sediment transport in the southwest lagoon of New Caledonia, Coral
Reefs, 2001, 20:361–372
ILLUSTRATIONS :
Contacter Indigo Base, Banque d’images de l’IRD, Claire Lissalde ou Danièle Cavanna, tél. : 01 48 03 78 99, courriel : [email protected]
Pour consulter ces illustrations : www.ird.fr/fr/actualites/fiches/2005/fiche220.htm