Calibrations MES-Réflectance in situ et MES-Réflectance MODIS

MODIS

Lorsque l'on considère la réflectance de l'eau de surface on se réfère essentiellement à la lumière réfléchie par les charges particulaires et dissoutes en suspension et les molécules d'eau qui lui confèrent ainsi sa coloration. Nous avons vu que les eaux fluviales de l'Orénoque ont une gamme de MES plus élevée que celle du fleuve Maroni (gamme entre 2 et 365 mg.l-1 contre 2 et 138 mg.l-1) avec comme conséquence différentes signatures spectrales de l'eau fluviale. La

Figure 4-4 présente les courbes spectrales pour les fleuves Maroni, Oyapock et Orénoque pour

une gamme de concentration variant entre 6 et 138 mg.l-1 pour le Maroni, entre 4 et 9 mg.l-1 pour l’Oyapock et enfin entre 36 et 136 mg.l-1 _{pour l’Orénoque. Les mesures ont été réalisées} avec deux appareils différents : TRiOS RAMSES pour le Maroni et l’Oyapock et FieldSpec RS3 pour l’Orénoque.

Figure 4-4. Réflectances minima et maxima in situ des eaux et localisation des bandes

MODIS (points bleus) dans le rouge (620-670 nm) et l'infrarouge (841-867 nm) mesurées entre MPS et APT sur le Maroni (courbe rouge), sur l'Oyapock à SM ainsi que sur la crique Baya sur le Maroni (courbe bleu) et sur l'Orénoque sur la grille MODIS de CB (courbe noire).

Ainsi, sur le Maroni à la station SH, les valeurs de réflectance mesurées via les TRiOS- RAMSES ont été estimées entre 0.012 et 0.045 sr-1 dans la bande rouge et entre 0.001 et 0.01 sr-1 dans la bande infrarouge. Sur la crique Baya en aval de la station SH, les valeurs de réflectance étaient similaires à celles mesurées à SM sur l'Oyapock entre 0.006 et 0.008 sr-1 respectivement dans la bande rouge et entre 0.001 et 0.003 sr-1 respectivement dans la bande infrarouge. Sur la grille MODIS de l'Orénoque, en aval de la station CB, les valeurs de

Résultats réflectance mesurées via le FieldSpec ont varié entre 0.10 et 0.19 sr-1 dans la bande rouge et entre 0.02 et 0.09 sr-1 dans la bande infrarouge. Il existe donc un ratio de 5 entre la réflectance de l'eau à SH et celles mesurées dans les eaux à SM. Le même ratio est observé entre CB et SH pour des concentrations de matières similaires mettant ainsi en évidence soit des différences au niveau des appareils de mesures soit au niveau des charges et tailles des matières en suspension particulaires et dissoutes de ces fleuves.

Les calibrations MES-Réflectance in situ et MES-Réflectance MODIS ont été réalisées pour les bandes rouge et infrarouge. Pour le Maroni, la calibration MES-Réflectance in situ a été réalisée avec les données de MES et de réflectance mesurées simultanément (Figures 4-5). La calibration MES-Réflectance MODIS a été réalisée avec les MES collectées par le SNO- HYBAM et la réflectance MODIS.

La Figure 4-5 montre que pour le Maroni les calibrations MES-Réflectance in situ et MES-Réflectance MODIS sont linéaires pour les deux bandes ce qui confirme la donnée MODIS. Un biais de 8 % est estimé entre les deux calibrations dans la bande rouge et un biais supérieur est observé dans la bande infrarouge. Pour étendre la calibration à tout le cours du fleuve, nous avons choisi de conserver les valeurs dans la bande rouge de MES-Réflectance MODIS. L'erreur estimée entre les données MODIS et les données in situ est de 25 %.

Figure 4-5. Calibrations MES-Réflectance in situ (points noirs) et MES-Réflectance MODIS

(points blancs) sur le Maroni A) dans la bande rouge et, B) dans la bande infrarouge. Pour l'Orénoque, la calibration MES-Réflectance in situ a été réalisée avec les données de MES et de réflectance mesurées sur la grille MODIS (Figures 4-6 et 4-7). Les calibrations MES-Réflectance MODIS ont été réalisées entre les MES collectées par le SNO-HYBAM et

Mora et al. (2014) et avec la réflectance MODIS. Les eaux du Maroni qui ont une proportion plus faible de MES ont mieux réagi dans la bande rouge. Au contraire pour l'Orénoque, la

Résultats

meilleure corrélation a été obtenue dans la bande infrarouge car les fortes charges en suspension saturent la bande rouge.

Les calibrations MES-Réflectance in situ sont linéaires pour les deux bandes, alors que les calibrations MES-Réflectance MODIS montrent une saturation autour de 0.15 sr-1 dans la bande rouge qui n'existe pas dans la bande infrarouge (Figure 4-6). Par ailleurs, on observe un biais élevé entre les deux calibrations (in situ et MODIS) pour les deux bandes, mettant en évidence l'impossibilité d'utiliser la calibration MES-Réflectance in situ pour calculer les MES avec les images des capteurs MODIS. Nous avons donc choisi d'estimer les MES avec la calibration MES-Réflectance MODIS dans les infrarouges. Cette dernière ayant déjà démontré son efficacité dans d'autres études sur les eaux très chargées de l'Amazone (Espinoza Villar et

al., 2012a; Espinoza Villar et al., 2012b. Mangiarroti et al., 2013).

Figure 4-6. Calibrations MES-réflectance in situ (points noirs) des données collectées de

réflectance et de MES sur la grille MODIS de Ciudad Bolivar et, calibrations MES- réflectance MODIS (points blancs et ligne rouge) réalisées avec la série temporelle de MES du SNO-HYBAM à Ciudad Bolivar : A) dans la bande rouge et B) dans la bande infrarouge.

Les équations correspondantes sont indiquées en dessous du graphique.

Comme pour le Maroni et l'Amazone, et afin d'étendre la calibration à tout le cours du fleuve entre la confluence de l'affluent du Meta avec l'Orénoque (Station MET) et la ville de Ciudad Guayana (Station CG) localisée à quelques kilomètres de l'estuaire, la calibration MES- Réflectance MODIS a été réalisée avec les données de MES collectées aux stations APU, CAU, MUS, CB et CG ainsi que la réflectance des pixels des capteurs MODIS (Figure 4-7) estimée selon la méthode de Martinez and Le Toan (2007) et Martinez et al. (2009). Comme sur

Résultats l'Amazone, pour diminuer le biais entre les MES in situ et les valeurs estimées, les données de MES et de réflectance ont été moyennées mensuellement (n = 183). L'erreur relative (RMSE) entre les moyennes mensuelles de MES in situ et estimées via MODIS est de 32% équivalente à 21 mg.l-1.

Figure 4-7. Corrélation MES-Réflectance MODIS dans la bande infrarouge, réalisée avec les

séries temporelles de MES du SNO-HYBAM à Ciudad Guayana (Station CG), à Ciudad Bolivar (Station CB) et à Musinacio (Station MUS) et la série de MES de Mora et al. (2014)

en amont de la confluence de la rivière Apure avec l'Orénoque (Station APU). Les barres représentent les écarts-types mensuels de MES et de réflectance.