Télédétection optique

Spectro-radiomètre
Pourquoi ?

La télédétection optique par satellite fournit une quantité extraordinaire de données sur l’environnement marin. Un capteur en orbite polaire tel que le MODIS peut mesurer la concentration de chlorophylle dans les eaux de surface sur toute la planète en une seule journée (en l’absence de nuages).

A titre de comparaison, un bateau conventionnel ne peut couvrir qu’un transect de quelques centaines de kilomètres de long par jour. Le coût marginal peu élevé de la télédétection par satellite constitue également un avantage majeur : un scientifique équipé d’un PC et d’une connexion Internet rapide peut aujourd’hui télécharger et analyser les images de chaque journée à peu près en temps réel (endéans les 12 heures d’acquisition), gratuitement ou pour un coût très modique. Bien entendu, les satellites ne permettent pas de tout mesurer. Les études menées par notre DO Milieux naturels se concentrent principalement sur la télédétection optique, bien que la télédétection par radar soit également utilisée de manière opérationnelle en ce qui concerne la détection de nappes de pétrole. 

Image satellitaire MERIS
Comment ?

Les capteurs de télédétection optique embarqués dans des satellites ou des avions mesurent la lumière provenant de l’eau, décomposée en longueurs d’ondes. Par exemple, l’œil humain, notre capteur de télédétection optique portable et individuel, mesure la lumière sur trois longueurs d’ondes différentes (grosso modo 450 nm pour le bleu, 550 nm pour le vert et 600 nm pour le rouge). Au départ de ces mesures, il compose une image en couleurs. Les caméras numériques permettent d’enregistrer une telle image. Dans le cas d’études à caractère plus scientifique, des spectroradiomètres sont calibrés afin de fournir une mesure précise d’un point de vue quantitatif de la lumière détectée sur chaque longueur d’ondes ; un nombre bien plus élevé de longueurs d’ondes est enregistré, ce qui permet une détection de paramètres qui ne sont pas visibles à l’œil nu.

La couleur de l’eau dépend de ce qui se trouve dans l’eau. L’eau la plus pure, exempte de toute particule en suspension ou de matières organiques dissoutes, est d’un bleu profond. Les molécules d’eau absorbent très fort le rouge et, dans une moindre mesure, le vert. C’est pourquoi c’est surtout la couleur bleue provenant du soleil qui est reflétée. Si des particules microscopiques d’algues (« phytoplancton ») sont en suspension dans l’eau, celles-ci vont absorber la lumière nécessaire pour la photosynthèse à différentes longueurs d’ondes, surtout le bleu, ce qui peut donner à l’eau une teinte allant du bleu au vert au fur et à mesure que la concentration de ces algues augmente. Ces concentrations sont mesurées généralement en mesurant la concentration du pigment a de la chlorophylle. D’autres éléments présents dans l’eau, comme des particules minérales en suspension (comme le sable, mais plus petits) de même que des matières organiques colorées dissoutes dans l’eau influencent également la couleur  (ou ce que les scientifiques appellent la « réflectance spectrale ») de celle-ci. Tous les paramètres influençant la couleur de l’eau peuvent en théorie être quantifiés et repris sur des cartes par la télédétection optique, pour autant que des méthodes mathématiques (« algorithmes d’extraction ») puissent être mis au point afin de mettre en rapport la réflectance spectrale avec chaque paramètre.

Les études récentes menées par notre DO Milieux naturels se sont concentrées sur le développement et la validation de tels algorithmes d’extraction, plus particulièrement en ce qui concerne la concentration en chlorophylle a et la concentration totale de matières en suspension, ceci afin de pouvoir utiliser les cartes relatives à ces paramètres dans le cadre des sciences marines et de la gestion de l’environnement. Des algorithmes sont également en cours d’élaboration pour ce qui concerne de nouveaux paramètres, comme la détection de certaines espèces particulières de plancton (Phaeocystis globosa, Noctiluca scintillans) ou la quantification de la profondeur euphotique (c’est-à-dire la profondeur à laquelle l’intensité de la lumière est réduite à 1% de l’intensité à la surface ; celle-ci est importante pour déterminer le pourcentage de la colonne d’eau suffisamment claire pour permettre la photosynthèse). Des cartes quotidiennes générées par trois capteurs satellites, SeaWiFS, MODIS et MERIS, sont disponibles.

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