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Développement d’une approche de suivi des fleurs d’eau d’algues à l’aide de l’imagerie désagrégée du capteur MODIS, adaptée aux lacs du Québec méridional.

El Alem, Anas (2014). Développement d’une approche de suivi des fleurs d’eau d’algues à l’aide de l’imagerie désagrégée du capteur MODIS, adaptée aux lacs du Québec méridional. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 265 p.

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Résumé

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L’occurrence et l’intensité de l’extension des fleurs d'eau d'algues et/ou de cyanobactéries (FEA) ont connu un développement important au cours des dernières années dans les plans d’eau douce partout sur la planète. Bien que ces microorganismes aient toujours fait partie intégrante des écosystèmes aquatiques, leur prolifération reflète un état avancé d’eutrophisation et causent divers dommages variant d'une simple perturbation à un débalancement plus sérieux et une réduction des services rendus par ces écosystèmes. Le moyen le plus utilisé actuellement pour détecter la présence des FEA est l’échantillonnage in situ. Toutefois, ce processus de surveillance, laborieux et coûteux, demeure limité dans le temps et dans l’espace. Par sa vision synoptique, la télédétection satellite s'avère être un outil intéressant pour fournir la couverture spatiale et la fréquence temporelle nécessaire pour suivre et mieux comprendre les facteurs de contrôle des FEA. L'activité bio-optique de la chlorophylle-a (Chl-a), pigment principal des algues et des cyanobactéries, est caractérisée par une signature spectrale typique détectable par les capteurs satellitaires. L’objectif de cette étude était de développer une approche satellitaire d’estimation de la concentration en Chl-a adaptée aux lacs du Québec méridional permettant la surveillance en temps quasi réel de la dynamique spatiale des FEA, via l’imagerie du capteur MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) désagrégée à 250 mètres de résolution spatiale. L’étude a permis de mettre en évidence que : 1) les 7 premières bandes désagrégées du capteur MODIS, non-conçues initialement pour l'étude des propriétés de l’eau, ont la capacité de détecter les FEA dans les eaux douces avec un niveau de précision satisfaisant, en particulier pour les eaux fortement chargées en Chl-a (R2 jusqu'à 0.93) ; 2) les modèles standards (Gitelson, FAI (floating algae index), Kahru et APPEL (APProach by ELimination)), lorsqu’ils sont appliqués sur les images MODIS désagrégées, ne permettent pas de produire des estimations précises de la concentration en Chl-a (R2 jusqu'à 0.11) durant la phase d'initiation des FEA (‹ 50 mg Chl-a m-3) ; 3) la détermination a priori de la classe de concentration en Chl-a d'un pixel donné augmente significativement la précision des estimations, non seulement pour les fortes concentrations (R2 = 0.96) mais aussi durant la phase d'initiation des FEA (R2 = 0.56) et 4) l’utilisation des méthodes d'ensemble permet d’améliorer la qualité et la robustesse des estimations quelle que soit la charge en Chl-a (R2 = 0.98 pour les fortes floraison et R2 = 0.77 durant leur d’initialisation) tout en fournissant un niveau d’incertitude sur l’estimation. En effet, tout processus de modélisation est une simplification de la réalité et est porteur d’erreurs, le contrôle de ces erreurs ainsi que leur prise en considération par les méthodes d'ensemble lors de l’estimation finale de la concentration en Chl-a ont significativement amélioré la qualité de la modélisation des FEA, particulièrement durant leur phase d’initiation. Le développement d’une telle approche se veut complémentaire aux méthodes standards de suivi puisqu’elle permet d’identifier les plans d'eau affichant des charges chlorophylliennes problématiques sur un territoire aussi étendu que le Québec méridional (les images MODIS couvrent une scène de plus de 23,300 km2). De plus, l’automatisation de cette approche, pour des fins opérationnelles, permettra aux intervenants de suivre quotidiennement la dynamique spatiale des FEA, et ce en temps quasi réel puisque les images MODIS sont disponibles en ligne environ deux heures après leur acquisition.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Chokmani, Karem
Co-directeurs de mémoire/thèse: Laurion, Isabelle; El Adlouni, Salah Eddine
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: Télédétection optique; fleurs d’eau d’algues; imagerie désagrégée; capteur MODIS; statistique ; lacs; Québec méridional
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 09 juin 2015 21:28
Dernière modification: 17 nov. 2015 21:13
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2666

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