Caractérisation et analyse de la variabilité biogéochimique des eaux côtières vietnamiennes à l'aide d'observations par satellite à haute et moyenne résolution spatiale en relation avec l'aquaculture et les forçages naturels.

Characterization and analysis of bio-geochemical variability of Vietnam-ese coastal waters using satellite observation with high to medium spatial resolution in relation to aquaculture and natural forcings.

• Auteur / Autrice : Vu Son Nguyen
• Direction : Hubert Loisel, Dinh Lan Tran
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Mer : Océanographie physique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 05/02/2025
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Mangin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hubert Loisel, Dinh Lan Tran, Ana Laura Delgado, Lucile DUFORêT-GAURIER, Bertrand Lubac, Elodie Martinez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Lubac, Elodie Martinez

Mots clés

Mots clés libres

Eaux côtières

Variabilité bio-géochimique

Télédétection spatiale

Remote sensing

Biochemical variability

Coastal water

Résumé

L'aquaculture joue un rôle clé dans la sécurité alimentaire, les moyens de subsistance et la croissance économique. Avec son importance, le secteur mondial de l'aquaculture s'est développé rapidement au cours des dernières décennies, notamment en Asie, comme au Vietnam. Cette expansion rapide a entraîné des impacts négatifs sur l'écosystème et l'environnement, surtout dans les zones côtières où se situent les fermes aquacoles. Un des effets majeurs est la dégradation de la qualité des eaux côtières adjacentes. augmentent les nutriments et la matière organique dans les eaux adjacentes (rivières, estuaires, eaux côtières) entraînant l'eutrophisation. Au Vietnam, les études se concentrent sur les impacts environnementaux sur la productivité et les effets de l'expansion aquacole (ex. mangroves, ressources en eau). Mais celles concernant l'impact de l'aquaculture sur la qualité de l'eau sont limitées, en raison de contraintes logistiques et financières Cette thèse vise à évaluer l'impact de l'aquaculture à partir de données limitées (production annuelle et calendrier des récoltes) et de la télédétection spatiale de la couleur de l’eau. Les capteurs satellitaires incluent OLCI sur Sentinel-3A/3B (avec une résolution spatiale moyenne de 600 mètres), OLI sur Landsat-8 et MSI sur Sentinel-2A/B (tous deux avec une résolution réduite de 60 mètres). Les paramètres biogéochimiques mesurés sont l'absorption de matière organique dissoute colorée (acdom), la chlorophylle-a (Chl-a) et la matière particulaire en suspension (SPM). Un nouvel algorithme empirique pour estimer acdom (412) a été développé et publié (Nguyen et al., 2024). En revanche, les algorithmes les plus adaptés pour ces derniers paramètres ont été sélectionnés dans la littérature. De plus, des méthodologies pour une nouvelle métrique visant à valider les algorithmes de télédétection et à combiner les observations OLI et MSI ont également été développées. Les variabilités biogéochimiques observées à partir d’OLCI montrent que la variation de SPM est principalement gouvernée par les régimes hydrologiques, tandis que acdom (412) et Chl-a ne sont pas directement influencés par le débit mais par la variation de la matière organique et des nutriments. Une analyse utilisant des données à plus haute résolution spatiale (provenant d'OLI et MSI) dans le delta du Mékong révèle que si une bonne corrélation entre acdom (412) et le débit du fleuve existe au premier ordre, acdom (412) conserve de fortes valeurs également lors des faibles débits, avec l’existence de second pics (contrairement à SPM). Ceci indique une génération continue et/ou un ajout de nouvelle matière organique dissoute dans le milieu. Dans le même temps, Chl-a est élevée pendant le régime de faible débit jusqu'au pic de débit en raison d'un équilibre complexe entre la variabilité de la lumière et des nutriments, les étangs d'aquaculture contrôlant potentiellement ce dernier. Le gradient à l'intérieur des rivières, qui traversent des zones aquacoles côtières, est principalement positif pour acdom (412) et Chl-a au début des périodes recommandées pour les cultures aquacoles. Ceci indique que la matière organique et les nutriments libérés dans les effluents aquacoles compensent l'effet de dilution naturelle. De plus, la variation de la moyenne annuelle de acdom (412) et Chl-a correspond bien à l'augmentation de la production aquacole totale annuelle uniquement aux stations après les zones aquacoles alors que SPM ne montre aucune covariation avec la production et cela quelque soit la localisation. Au final, la présente thèse conclut que l'aquaculture a un impact sur les variabilités de acdom (412) et Chl-a dans les eaux côtières vietnamiennes, en particulier dans le delta du Mékong, tandis que celle de SPM est principalement contrôlée par le débit des rivières.

Aquaculture plays a prominent role in supporting food security, providing livelihoods, and contributing to economic growth. Given its importance, the global aquaculture sector has expanded rapidly in recent decades, particularly in Asian countries such as Vietnam. Such rapid expansion has led to numerous negative impacts on the ecosystem and the surrounding environment, particularly in the coastal area where aquaculture ponds are frequently located. One of these impacts is the degradation of the coastal water quality near the aquaculture areas. Numerous studies found that aquaculture effluent causes a surge in nutrients and organic matter in the adjacent water bodies (rivers, estuaries, coastal water) leading to eutrophication. This type of study, however, is still lacking in Vietnam where the focus is mostly on the impacts of the environment on aquaculture productivity, and the impact of aquaculture extension on the environment (i.e. mangroves, water resources). Moreover, studies on aquaculture impacts on water quality are mainly conducted over a limited time and spatial scale using in-situ measurements due to limitations in logistical and financial resources. Therefore, this thesis aims to fill the gaps in the literature by analyzing the long-term change in the coastal water quality of Vietnam with regard to natural forcings and local aquaculture activities, represented by yearly total production and crop timetable, using satellite ocean color remote sensing. The satellite sensors used in the present thesis include OLCI on Sentinel-3A/3B series (with a medium spatial resolution of 600 meters), OLI on Landsat-8, and MSI on Sentinel-2A/B series (both with a reduced resolution of 60 meters). The bio-geochemical parameters measured using remote sensing consist of the absorption of colored dissolved organic matter (acdom), chlorophyll-a (Chl-a), and suspended particulate matter (SPM). A new empirical algorithm to estimate acdom at 412 nm (acdom (412)) has been developed and published (Nguyen et al., 2024). In contrast, the most suitable algorithms for the latter parameters were selected from the literature. In addition, methodologies for a new metric to validate remote sensing algorithms and for combining OLI and MSI observations were also developed. The bio-geochemical variabilities observed from OLCI show that the variation of SPM is due to the hydrological patterns while acdom (412) and Chl-a are not directly influenced by discharge but by the variation of organic matter and nutrients. Analysis using higher spatial resolution data (from OLI and MSI) in the Mekong River Delta reveals that a good correlation between acdom (412) and river discharge exists only on the first-order, with acdom (412) remaining high or experiencing second peaks well into low discharge condition indicating a continuing generation and/or addition of new dissolved organic matter. At the same time, Chl-a is high during low discharge up to the peak of discharge due to a complex balance between light and nutrient variability with aquaculture ponds potentially controlling the latter. The gradient inside the rivers, which pass through coastal aquaculture areas, is mostly positive for acdom (412) and Chl-a at the beginning of the recommended periods for aquaculture crops. This pattern indicates that organic matter and nutrients released in aquaculture effluents offset the natural dilution effect. Moreover, the variation in the yearly average of acdom (412) and Chl-a corresponded well with the increase in the annual total aquaculture production only at the stations after aquaculture areas while that of SPM did not regardless of locations. In the end, the present thesis concludes that aquaculture does have an impact on the variabilities of acdom (412) and Chl-a in Vietnamese coastal water, particularly in the Mekong River Delta, while that of SPM is primarily controlled by river discharge.