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Caractérisation de la dynamique saisonnière de l'hydrologie des tourbières minérotrophes du Moyen-Nord québecois, à l'aide de l'imagerie satellitaire multispectrale à très haute résolution spatiale.

Dribault, Yann (2012). Caractérisation de la dynamique saisonnière de l'hydrologie des tourbières minérotrophes du Moyen-Nord québecois, à l'aide de l'imagerie satellitaire multispectrale à très haute résolution spatiale. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 116 p.

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Résumé

Le bassin versant de la rivière La Grande, à la Baie James (Québec, Canada) est un contributeur majeur à l'hydroélectricité dans la province. Les tourbières couvrent près de 20 % de l'environnement terrestre dans cette région. Leur comportement hydrologique est encore méconnu. La présente étude fait partie d'un projet pluridisciplinaire, visant à analyser les processus hydrologiques dans les tourbières minérotrophes (fens) du bassin versant, afin de fournir des outils de contrôle efficaces pour les gestionnaires de l'eau. La problématique spécifique à cette étude était de déterminer si la télédétection satellitaire à très haute résolution (THR) est ou non pertinente pour étudier la dynamique saisonnière de l'hydrologie dans les tourbières minérotrophes. Pour ce faire, 10 images multispectrales fusionnées GeoEye-l (avec une résolution nominale de 40 cm) ont été acquises au cours des saisons sans neige (mai à octobre) de 2009 et 2010, dans le secteur Laforge (54° 06 'N; 72° 30'W), centrées sur les sites d'étude. Il s'agit de deux tourbières, instrumentées pour un suivi hydrométéorologique en continu (niveau d'eau, débit, précipitation, température). Une procédure d'analyse orientée-objet semi-automatisée a été mise au point et appliquée. Cela consistait à segmenter l'image en objets en utilisant l'algorithme de segmentation multirésolution (MRIS) pour délimiter les structures internes des tourbières (aquatiques, semi-aquatiques, terrestres). Puis, les objets ont été étiquettés en utilisant un algorithme basé sur la logique floue. Ceci a permis par la suite de déterminer la proportion des structures aquatiques, semi-aquatiques et terrestres dans chacune des tourbières, ce qui était essentiel pour un suivi de la dynamique spatiotemporelle de l 'hydrologie. La précision globale de la classification des 10 images a été estimée à 82 %, en ce qui concerne la délimitation des structures internes des tourbières. Considérant la séparation des structures aquatiques, semi-aquatiques et terrestres, la précision globale atteint 92 %. La série temporelle de la cartographie des structures internes des tourbières a démontré l'existence d'une dynamique spatiale intra-saisonnière importante des compartiments aquatiques et semi-aquatiques des tourbières à l'étude. L'amplitude de cette dynamique a été évaluée dans les deux tourbières. Dans la première tourbière, la variation spatiale observée correspond à une augmentation de 53 % des compartements aquatiques et semi-aquatiques entre les conditions les plus sèches (image du 23 juillet 2009) et les plus humides (18 mai 2010). Dans la seconde tourbière, la variation spatiale observée correspond à une augmentation de 17 % entre les conditions les plus sèches (image du 13 septembre 2009) et les plus humides (30 août 2010). Enfin, il a été démontré qu'un lien existe entre la dynamique spatiale intra-saisonnière et le régime hydrologique des tourbières. Les débits et niveaux d'eau mesurés ont été comparés en considérant les deux saisons d'acquisition de données. Un modèle exponentiel a pu décrire la relation avec un coefficient de détermination de 0,63. En fait, à partir d'un seuil correspondant à un certain niveau d'eau et à un certain débit, le comportement hydrologique de la tourbière est modifié. Deux phases peuvent être distinguées. La première phase correspond à une augmentation rapide du niveau d'eau tandis que le débit reste faible; elle est appelée la phase de stockage. La seconde phase est caractérisée par une forte augmentation du débit tandis que le niveau d'eau est déjà élevé et augmente peu. De l'eau est libérée de la tourbière; la phase est dite de ruissellement. En observant les niveaux d'eau et débits correspondants aux dates des images satellitaires acquises, uniquement la phase de stockage a été couverte. Néanmoins, l'absence d'images acquises durant d'importants évènements de ruissellement n'était pas un obstacle à l'observation d'une dynamique hydrologique saisonnère. L'ampleur de cette dynamique était importante durant la phase de stockage et semblait être liée à l'évolution du niveau d'eau. Un modèle linéaire a pu décrire la relation avec un coefficient de détermination entre 0,6 et 0,8. En outre, les pentes de régressions linéaires estimées sont environ deux fois plus importantes pour l'une des deux tourbières étudiées. Cela se traduit par une dynamique spatiale des compartiments aquatiques et semi-aquatiques plus faible dans la seconde tourbière. Les différentes valeurs de pentes seraient expliquées par les différences morphologiques (superficie, profondeur, contour des mares) des deux tourbières structurées. Cette étude a donc démontré la possibilité d'un suivi hydrologique des tourbières à la fois à l'échelle intra-saisonnière et à l'échelle locale. Les études antérieures se sont limitées à un suivi à échelle multi-décennale.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Chokmani, Karem
Co-directeurs de mémoire/thèse: Bernier, Monique
Mots-clés libres: télédétection; tourbière; hydrologie GeoEye; haute résolution ; imagerie satellitaire; niveau d'eau; débit; analyse orientée-objet
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 27 août 2013 14:33
Dernière modification: 17 nov. 2015 19:06
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1494

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