Depuis 2004, RBINS maintient un observatoire côtier, au débouché de l’Escaut, mesurant à HF près du fond le courant et la turbulence, la température, la salinité, la concentration et la taille des MES. Les observations in situ sont réalisées à l’aide d’un tripode déposé sur le fond à la station MOW1 (51 21.63°N, 3°7.41’E), localisée dans la zone de turbidité maximale côtière évoquée en section 2.2.2 (Figure 2-30). Ces mesures ont été valorisées dans de nombreuses publications (e.g. Baeye, 2012 ; Baeye et al., 2012 ; Lee et al., 2012 ; Fettweis et al., 2014 ; Fettweis et Baeye, 2015).
Figure 2-30 : Concentration moyenne en MES de surface (gauche) et la concentration moyenne en chl a (droite) de l’année 2001, en période hivernale et estivale dans la zone côtière belge (zone Sud de la mer du Nord). Les données sont issues du satellite MERIS. La croix indique la position de la station de mesure in situ MOW1 (dans Fettweis et al., 2014).
L’instrumentation du tripode se compose de deux OBSs situés à 0,2 et 2 m au-dessus du fond, d’un ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) SonTek de fréquence 5 MHz à 0,2 m au-dessus du fond, d’un ADP (Acoustic Doppler Profiler) SonTek de fréquence 3 MHz, orienté vers le bas, et d’un granulomètre laser LISST-100X (type C) à 2 m au-dessus du fond (Figure 2-31). Un troisième OBS a été récemment (depuis 2016) ajouté sur le tripode à une profondeur d’1 m au-dessus du fond. Les données ont été collectées toutes les 10 ou 15 min pour l’OBS, le LISST et l’ADV alors que l’ADP a été programmé pour réaliser des profils toutes les minutes. Les données ont ensuite été moyennées pour obtenir une mesure toutes les 15 min pour tous les capteurs. Le tripode est mouillé pour des périodes comprises entre 3 et 6 semaines avant d’être remplacé par un second tripode similaire équipé d’un deuxième jeu d’instruments, permettant ainsi une acquisition quasi continue des données tout en limitant l’impact du biofouling.
La calibration des OBS du tripode est réalisée au cours de quatre cycles de marée par an au niveau de la station MOW1. Les OBS du tripode sont alors fixés à une Rosette afin de co-localiser les prélèvements et les mesures de turbidité. Ces mêmes prélèvements sont aussi utilisés pour obtenir la concentration en chl a, en azote organique particulaire (NOP), en carbone organique particulaire (COP) et en TEP. Les prélèvements pour la concentration en MES, le COP et le NOP sont filtrés à bord avec des filtres pré-pesés en fibre de verre puis analysés en laboratoire par filtration/pesée ou à partir d’un analyseur élémentaire. Les
prélèvements d’eau de mer dédiés à la concentration en chl a sont filtrés sur des filtres en fibre de verre et analysés ensuite par spectrophotométrie. Une relation linéaire est supposée pour convertir le signal de turbidité de l’OBS en g.l-1.
Figure 2-31 : Instrumentation du tripode déposé au fond à MOW1 dans la zone côtière belge. Le tripode mesure 2,5 m en hauteur pour 3 m de largeur.
Ce jeu de données présente l’avantage d’associer des données acoustiques avec des données de turbidité, de chlorophylle, de carbone organique particulaire et de spectre en classes de taille, autant de paramètres clefs pour l’inversion du signal acoustique rétrodiffusé en concentration de MES. L’inversion du signal acoustique de l’ADP en concentration de MES a déjà été réalisée et a fait l’objet d’une publication (Fettweis et Baeye, 2015).
Dans le cadre de cette thèse, les données optiques et acoustiques issues des OBS et de l’ADP, respectivement, sont utilisés pour estimer la concentration en MES. Les données acoustiques seront confrontées aux mesures des caractéristiques des MES dans l’objectif d’évaluer le lien entre l’intensité du signal acoustique rétrodiffusé et la caractérisation des MES.
: Caractérisation et quantification des MES
par méthode optique et incertitudes associées
Introduction
La mesure des caractéristiques et de la concentration en MES sur le long terme et sur de larges échelles géographiques est devenue un enjeu important au cours de ces dernières années. Les mesures in situ sur le long terme reposent généralement sur un ou plusieurs instruments optiques à rétrodiffusion mesurant la turbidité de l’eau (BTU/NTU) ou mesurant la diffraction (PSD) (Downing et al., 1981 ; Sternberg et al., 1986 ; Kineke et Sternberg, 1992 ; Druine et al., 2018). A titre d’exemple, le réseau SYNAPSES emploie des capteurs optiques basés sur la néphélométrie (Druine, 2018) et plus récemment, dans le cadre du projet PHRESQUES (2016-2020), la bouée SCENES déployée depuis octobre 2017 est équipée de capteurs optiques à rétrodiffusion. Ces mesures HF sont complétées par des mesures directes BF ponctuelles de concentration en MES par prélèvement/filtration/pesée, utilisées pour calibrer les capteurs optiques en concentration en MES. L’estimation de la concentration en MES à partir des capteurs optiques résulte de la combinaison entre des mesures de calibration (couples de mesure optique et de mesures de concentration en MES) et des modèles de régression. Les mesures directes ou indirectes de la concentration en MES sont inévitablement accompagnées d’un certain nombre d’incertitudes depuis le prélèvement jusqu'à l’estimation de la concentration massique finale des MES. La connaissance de ces incertitudes représente un enjeu crucial dans l’étude de la dynamique sédimentaire à moyen et long terme afin d’éviter l’attribution de ces incertitudes à la dynamique naturelle des MES et lors de l’évaluation des modèles hydro-sédimentaires.
Ces incertitudes peuvent provenir de diverses sources telles qu’un dysfonctionnement des capteurs optiques, des erreurs lors du prélèvement et du traitement des échantillons d’eau de mer, du choix du modèle de régression utilisé pour relier le signal de l’instrument à la concentration en MES ou encore des incertitudes liées à l’erreur humaine ou aux conditions environnementales non contrôlées.
Ces différentes incertitudes ont notamment fait l’objet d’un article de synthèse dans lequel l’ensemble des sources ont été traitées et illustrées (Fettweis et al., soumis). Ce chapitre documente de façon analogue les différentes sources d’incertitudes associées à la caractérisation et à la quantification des MES par méthode optique dans le cadre de la méthodologie mise en œuvre en Baie de Seine. La première partie du chapitre vise à estimer les incertitudes liées aux différentes étapes rencontrées dans la mesure directe de la concentration en suspension, depuis le prélèvement et la filtration et jusqu’à la pesée. La deuxième partie a pour objectif d’évaluer les incertitudes associées à la méthode indirecte de la quantification des MES par capteur optique. Enfin, l’utilisation potentielle de la mesure LISST pour estimer une concentration en MES sera abordée dans la dernière partie.