Thèse soutenue

Observation du carbone organique particulaire et des assemblages de particules par télédétection dans les eaux côtières contrastées

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Auteur / Autrice : Trung kien Tran
Direction : Hubert LoiselLucile Duforêt
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la terre, de l'univers et de l'espace. Terre solide et enveloppes superficielles.
Date : Soutenance le 16/06/2020
Etablissement(s) : Littoral
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG) - Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences
financeur : Hauts-de-France. Conseil régional
Jury : Président / Présidente : François Schmitt
Examinateurs / Examinatrices : David Doxaran, Robert J. Frouin, Bertrand Lubac
Rapporteurs / Rapporteuses : David Doxaran, Robert J. Frouin

Résumé

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L’inversion des données issues de la radiométrie couleur de l’eau permet l’estimation d’une variété de paramètres biogéochimiques depuis l’espace. Les études passées ont démontré par exemple, la possibilité d’estimer la concentration en carbone organique particulaire (POC) dans l’océan ouvert avec une précision satisfaisante. Estimer le POC dans les eaux côtières est une tâche plus ardue que dans les eaux du large car il faut considérer la complexité d’environnements contrastés, caractérisés par d’importants contenus en matière particulaire et dissoute d’origines variées (terrestre et océanique). Lepremier objectif de cette thèse était de développer un algorithme pour estimer la concentration de POC dans les eaux côtières. Dans ce contexte, nous avons rassemblé des mesures in situ afin de disposer d’un vaste jeu de données couvrant des environnements bio-optiques contrastés et une large gamme de concentrations de POC. Douze algorithmes déjà existants, ayant été développés pour des régions précises, ont été testés. Les résultats montrent que la performance des algorithms existants dépend du type d’eau, avec globalement une performance faible pour les eaux dominées par les minéraux. Aucun desalgorithmes testés ne fournit une précision satisfaisante sur l’ensemble de la gamme de concentrations de POC. Une nouvelle approche a ainsi été développée; elle est basée sur le maximum du rapport de réflectance (Rrs) dans deux bandes spectrales. La performance du nouvel algorithme est supérieure aux méthodes existantes précédemment documentées. L’applicabilité de la nouvelle méthode a été illustrée à l’échelle régionale sur les côtes de Louisiane. Les concentrations de POC estimées avec le nouvel algorithme, à partir des données MERIS, sont cohérente avec celle précédemment estimées à partir d’un algorithme régional (Le et al., 2016). Le deuxième objectif de ce travail était d’examiner la classification des eaux côtières à travers deux approches. Premièrement, une classification basée sur la forme du spectre de réflectance hyperspectrale a été proposée à partir d’un jeu de données in situ complet. Six classes d’eau ont été définies fournissant ainsi une représentation plus fine des propriétés optiques des eaux côtières que ce qu’avait établies des études précédentes utilisant la même méthode (e.g. 4 classes par Vantrepotte et al., 2012). Une définition claire des environnements bio-optiques et biogéochimiques associés aux 6 classes a été réalisée. Ces 6 classes peuvent être associées à un gradient de dilution allant des eaux turbides aux eaux claires. Ceci aboutit à une caractérisation plus fine que ce qui avait été mis en évidence à partir des 4 classes définies par Vantrepotte et al. en 2012. Deuxièmement, une autre classification des eaux côtières basée sur le rapport de la concentration de POC et de la matière particulaire en suspension, telle que proposée par Wozniak et al., 2010, a été ré-examinée. En pratique, des nouveaux seuils ont été établis sur le rapport POC/SPM pour fournir une partition plus précise de l’océan côtier en terme de 3 catégories simples basée sur la qualité de la matière particulaire. Ces trois classes sont les eaux dominées par les minéraux, par le phytoplancton et les eaux mélangées. Les deux méthodes de classification ont été appliquées aux données MERIS pour la période 2002-2012 pour la Manche Orientale et le sud de la Mer du Nord. La dynamique spatio-temporelle des types d’eaux est cohérente en regard des changements saisonniers observés.