Parmi les nouveaux cepteurs pouvant renseigner sur le qualité des eaux, le
‘paremètre rediométrie’ est un nouvel élément de mesure indirecte qui apporte beaucoup dïnlormetion qualitattve et parfois quantttetive. Le développement de le télédél.ection satelliteire donne l’occasion d’observer globalement l’extension spatiale de phénomènes à un instant donné, et de suivre leur évolution dans le temps si l’on peut disposer de plusieurs dates d’observation. En regard des résolutions eu sol ( 80 m, 40 m, 20 m), l’utilisation de ces données en zone estuarienne convient parfaitement, puisque ces domaines naturels sont souvent vastes et donc décrits par de nombreux pixels. On peut alors chercher des relations rediométriques avec la qualité des eaux qui feront l’objet de tests statistiques pour les infirmer ou les valider.
On connait bien désormais, la très bonne discrimination du thème “eau libre’
parmi les autres types d’occupation du sol, à l’aide des canaux proche infrarouge
@OO- 1100 nm). Ceci permet de sélectionner à coup sirr les zones recherchées, même de faible superficie.
Plusieurs auteurs (BARTOLUCCI 1977, KLEIIAS 1973, 1977, RITCHIE 1976, 1983, 1985, (987, 1988), proposent des relations en utilisant les possibilités
de combinaison des canaux radiometrtques et des modeles de correction radiometrique et etmosphérique pour approcher la quelité des eaux.
Dans ces études, c’est le paramétre ‘sédiments en suspension’ qui est le mieux décrit pour l’instant à l’aide des cepteurs rediométriques de la bande 600-900 nm kaneux 2 et 3 de Spot et de Landsat).
Aspect qualltatll: Le traitement numérique d’imege, permet de realiser une observatton globale 6 un instant donne et d’effectuer des ‘coupes’
radiométriques, quf serviront â suivre l’évolution spatiale des paneches turbides, des zones de mélange ou des polluants. Les nouvelles possibilités offertes par le dépointage du capteur de SPOT (WADSWORTH, 1987), permettent méme d’observer certeines composentes physiques (le houle par exemple) et ses effets sur un estuaire. C’est donc surtout sur le mode de mélenge des eaux océaniques et fluvteles que l’on tirera des fnformetlons -qualttetlves ri partir des donnees satellfte.
La flgure 9 est un traitement de l’image SPOT d’octobre 86, sur le Sinnamery, une heure avant le basse-mer. Le canal 2 permet de distinguer cinq catégories d’eau différentes. Les eaux les moins chargées s’accumulent en rive droite, tandis que l’on distingue des zones discontinues et plus chargees, dont la surface décroît vers l’amont. Ces éléments mettent en évidence l’hétérogénéité transversale de I’estuetre ainsi que le discontinuité longitudinale, particuliérement marquée dans les méandres, en emont vers la ville de Sinnamary.
Aspect quantitatif: Les relations sont plus délicates d établir. Leur recherche impose une méthode rigoureuse d’échantillonnege des rediométries, et l’organisation des moyens nécessaires d la vérité sol, indispensables d
-Vérités sol: Le recherche de ‘signature spectrale’ des eaux (RITCHIE, 19851, à l’aide d’un radiomètre au sol, renseigne conveneblement sur le nature des phénomènes physiques qui sont en jeu et permet de déterminer le bande de longueur d’onde la plus favorable. Néanmoins, l’epplicetion eux valeurs radiométriques du satellite (meme transformées en réflectance) est incomplète, p8r le lait mi?me que l’on ne peut jameis tenir compte du filtre atmosphérique, cru moins pour la seconde partie du trajet de l’onde réfléchie et quf retourne vers le satellite. Il se pose donc le probleme de I’ételonnage du capteur embarqué.
Réaliser le simultenéité des mesures de terrain et dune acquisition satellite est illusoire, é plus d’un titre: il existe trop de facteurs incontrblables, comme
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la nébulosité, la progremmetfon des acquisitions, par exemple. La seule solution consiste à mettre en place un dispositif permanent d’observations des paremétres physico-chimiques sur le terrain et de se munir des images satellite qui auront pu Otre réalisées dans de bonnes conditions. En ajoutant le coût ectuel des scenes satellite, on comprend mieux pourquoi Il existe moins de travaux sur le sujet que par d’autres domaines d’utilisation de la télédétectfon.
-TreitementS; outre l’achat de le scene (entre 6 et 14 KF, en Cie), il faut dlsposer d’un ensemble Informatique, comportent la possibiltté de lecture des données (fournies en g8nérel sur bandes megnétlques), de traitement, per les logiciels spéciellsks, et de production de documents couleur ou noir et blenc afin d’essurer le circulation et le diffusion du résultet. Les performances croissantes de le micro-informatique donn~maintenant ecct3s à ce domaine, pour des coûts réduits.
III CARACTERISTIOIJES PHYSICO-CHIHIPUES
1) Caractéristiques physico-chimiques des eaux de Guyane
Un préalable Indispensable eu études en estuaires est de connaître la qualité des eaux qui vont se mélenger eux eaux océaniques. Plusieurs études réalisées sur les prfncipeux fleuves Guyanais (‘profils’ amont - eval ou mesures répétées en un meme point), permettent de préciser quels sont les éléments qui interviennent dans le faible minéralisation de ces eaux.
Le tableau 2 présente un résume de ces rksultats: prévoir, lors du m&ange, l’apparition d’un milieu tamponné (LAFOND, 1967).
Pour les ions mesurés, on est frappé par le très faible minérelisation. Na+
et Cl- représentent en général 70 X de la teneur ionique globale des eaux de fleuve. Les autres ions présents ont des teneurs souvent inférieures é 1 mg/l.
De ce qui précéde, on conçoit naturellement que le conductivité est trés basse, les mesures moyennes étant de 35 @/cm.
Les teneurs en sllice sont comprises entre 10 et 15 mg/l, evec une remarquable constance par leur présence dans les eaux. Les ‘profils’ amont - aval indiquent une légère décroissance vers l’aval.
Les teneurs en suspension > à 0,8 pm sont de l’ordre de 10 mg/l.
Enfin, la tempéreture des eaux de fleuve est comprise entre 25 et 28 l C, selon la saison.
De toutes ces mesures, on peut considérer un type moyen d’eau de fleuve dont la composition serait le suivante:
-Teneurs en suspension ( MES > 0,8 um) 8 é 10 mg/1
-Somme des ions majeurs 12d 14mg/l
-Silice dissoute lOé 15mg/l
-PH 6 d 7 uni tés
Les eaux guyanaises se trouvent parmi les moins minéralisées du globe (ROCHE fI.A. et 81. 1974). Hormis les variations locales eu débouché d’un affluent ou les effets dûs eux crues, tous les paramètres décrits ici présentent de faibles variations à l’échelle du territoire.
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2) Variation spatio-temporelle des matières en suspension
L’apport local des fleuves est très faible, comparé eux outres fleuves tropicaux (Amazone, 140 mg/)). L’origine des fortes teneurs en suspension observées en estuaire provient de la remise en suspension des vases de l’embouchure, par les phénoméne mécaniques de le marée océanique. De plus, selon LAFOND (19671, les vases d’estuaire se trouvent en permanence dans des conditions de salinité optes à assurer leur floruletion totele et rapide: Erosion, transport et sedimentetion se feront à l’état floculé, et t’onh’observe pas de défloculation eu contact evec les eeux douces, du fait de la salinite qui serait préservée dans le milieu intérieur du floculet.
Le plupart des observations qui vont suivre sont tirées des études réelisées sur le Kourou, le Sinnamery, le flahury et l’Approuague, en période d’étiage.
2- 1 Répartition spatiale des matiéres en suspension:
La répertltion longitudinale présente de fortes verletlons, comprises entre 3 et 67 000 mg/l. dans l’estueire du Kourou. evec les teneurs maximales d transversaux favorisant le mélange, le gravité rétablit une stratification des teneurs. Celle-ci apparait plus marquée é marée basse qu’d marée haute. Ceci s’explique par la distribution des écoulements: pendant le jusant, les eaux moins chargées s’écoulent en surface, plus rapidement qu’eu fond, augmentent ainsi le gradient. Au flot, ce sont les ‘nouvelles’ eaux chergées quf se trouvent en surface, diminuant l’effet du phénomène précédant.
On observe sur le profil de l’estuaire du Kourou (fig Il), une répartition des suspensions caractérisée par une forte inclinaison des courbes d’isoteneurs entre l’embouchure et 20 Km en amont. En flot, les eaux de mer semblent refouler dans cette zone de l’estuaire les eaux é forte concentration situées d marée basse, sur une dizaine de Km, avant l’embouchure.
Dans les conditions de mesure les plus favorables a l’influence marine (faible débit et pleine mer), c’est seulement à 45 Km de l’embouchure que l’on rencontre les faibles teneurs originelles du fleuve. En résumé, la répartition spatiale des teneurs en suspension présente un gradient longitudinal, croissant vers l’aval, et un second, vertical, croissant vers le fond.
2-2 Variations temporelles des matières en suspension:
En un point de l’estuaire, la variation de flES au cours dune marée dépend de deux facteurs:
-Le coefficient de marée qui défi& l’amplitude des oscillations des masses d’eaux.
-le débit fluvial dont les effets s’associent au jusant.
L’amplitude de ces facteurs dépend de la distance à l’embouchure. Dans la partte amont, on observe peu de varietions sur le mode semi-diurne tfig 12 a).
Par contre, d l’evel, on observe une variation en phase avec le cycle semi- diurne, avec deux cas de figurerdistincts (fig 12 b et c). Le ces (b) correspond eux stations situées environ d mi-distance du front d’eau douce et de l’embouchure, avec un maximum en fin de flot et un minimum en fin de jusant. Le ces (c) est observé plus en aval, evec deux maxima eu plus fort du flot et du jusant, et un minimum à chaque étale. On voit donc bien ici l’incidence des forts débits de flot ou de jusant qui remettent en suspension les veses dans les zones les plus larges de l’estuaire. Ce matériel repris est transporté vers l’amont par le jeu des cycles semi-diurnes et des syzygies.
3) Varietion spatio-temporelle des selures
3- 1 Relation entre salure ionique globale et Conductivité
Afin de simplifier les opérations sur le terrain et d’augmenter le nombre de prélèvements, il est nécessaire de pouvoir disposer dune relation fidéle avec la conductivité, dans la gamme d’utilisation des mesures en estuaire. Le détermination de cette relation avec les teneurs ioniques globales peut être obtenue de deux façons:
-détermination des enions et cotions présents dans les échantillons, afin d’en connaître le somme, qui est ensuite comparée é le conductivité mesurée.
C’est ce qui a 614 feit pour les eaux du Kourou.
-déterminetion par filtrage des residus secs (Rs), de le silice dissoute (Si), et de la conductivité. La teneur ionique globale est obtenue par le différence Rs - Si. C’est la mkthode qui 8 été utilisée pour les eaux du Sinnamary.
La première méthode comporte eu moins 9 déterminations, la seconde seulement 3. flalgré quelques inconvénients, cette dernière technique est satisfaisante.
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Equations obtenues:
Four le KOUROU, on peut exprimer la relation à l’aide de deux droites (fig 131, de pente proche de 1:
pour C< 1000 uS/cm log S = 0,982 log C - 0,232 (1 a) pour C> 1000 Wcm log S = 1,086 log C - 0,544 ( I b) Four le SINNAIIARY, on approche la relation paf deux droites Wg 14):
pour 100 < C < 5000 log S = l,O? log C - 0.44 (2 a) pour 5000 < C < 15000 log S = 2,47 log C - 5,60 (2 b)
coefficient de corrélation 0,gS
Avec C en microSiemens par cm, S en mg/1 et logarithmes décimaux.
Dans les deux cas on observe que la pente des premieres droites est tres voisine de l’unite, la ‘cassure’ observée sur les eaux du Sinnamary se produit ensuite pour une valeur autour de 4 000 mg/]. L’examen de la figure 14, montre une dispersion des points en dessous de 100 mg/l, rendant la relation inutilisable. C’est la présence de la silice dissoute en proportion élevée dans les eaux douces qui peut expliquer ce phénomène. De méme, la dispersion au dessus de 20 000 mg/l, enlraine une incertitude sur la détermination des fortes valeurs. Ce phénomc?ne s’explique par la diminution du degré de dissociation ionique des sels avec l’augmentation de leur concentration (N. AFNOR, 1975). Ce sont les deux limites d’emploi de la méthode utilisant les résidus secs dont le domaine d’application est jugé satisfaisant entre 100 à 20 000 mg/l.
Cas barticulier: Sachant que la somme des ions Sodium et Chlore représente, dans les eaux saumbtres, 90 % de la teneur ionique globale, les mesures en estuaire peuvent être simplifiées en utilisant une reletion déterminée sur les eaux du Sinnamary, qui se rapproche de la relation construite en laboratoire:
pour 40 < C < 6 200 @km log (Na + Cl) = 1,127 * log C - 0,75 pour 6200 ( C < 15 000 yS/cm log (Na + CI) = 2,434 l log C - 5.60
Une telle relation s’appliquera à la majewpartie des échantillons, permettant de décrire l’ensemble des mécanismes de la remonté saline,
3-2 Répartition spatiale des salures
Disposition ~ongitudlnale: Un profil bathymétrique obtenu par écho- sondeur, puis stylisé, permet de reproduire les principaux accidents du lit de la rivière. Le ‘pointage’ des résultats du calcul de salure est ensuite transformé en isohalines, de lecture plus aisée. La figure 15 est un exemple de ce tracé pour le Sinnamary , durant l’étiage 1963, de même pour le Kourou (fig 16) à l’étiage 76. La comparaison de ces deux figures montre le gradient longitudinal
des salures, orienté vers l’aval, les isohalines du Kourou étant quasi-verticales, celles du Sinnamary subissant une déformation les rendant sub-horizontales dans les dix premiers kilométres de l’estuaire.
RépertWon verticale dans une section: On retrouve dans les sections de mesure, pour le Sinnamary l’expression d’un gradient vertical, orienté vers le bas, et modifiant les salures dans un ordre de grandeur compris entre 2 et 5. Par contre, il faut noter qu’il n’a jamais été observé de gradient latéral marqué, rendant la section homogène à une profondeur donnee. On peut en tirer une simplification importante sur te terrain, qui consiste d prélever sur une seule verticale, en milieu de sectlon, pour le Sinnamary et, en un point unique de la section, pour le Koorou. Ceci peut Btre l’objet de nouvelles dispositions méthodologiqu~,optimisant le dispositif de terrain souvent lourd, sans perte d’information.
En résumé, l’observation des salures dans ces deux estuaires montre que celles ci peuvent &re décrites par un seul gradient longitudinal sur le Kourou,&
erdeux, l’un longitudinal, l’autre vertical, sur le Sinnamary.
L’analyse en terme de gradient, rejoint la classification générale des estuaires, selon DYER K.R. (1973), avec un type d’estuaire ‘bien mélangé’, comme le Kourou, et ‘partiellement mélangé’, comme le Sinnamary.
On peut s’interroger sur les causes de cette différence. Certes, la morphologie des estuaires n’est pas la même, mais c’est surtout l’expression de la part relative de l’apport fluvial au cours d’un cycle de marée (12 h) par . rapport au volume d’un jusant qui peut nous suggérer une interprétation.
Le tableau ci-dessous tisume les valeurs observées d l’embouchure:
Débit propre
participation relative SA 2%
SINNAIIARY déformation des isohalfnes observéqcette notion de part relative fluviale nous parait importante et pourrait trouver une application directe dans une classification des estuairede Guyane, en période d’étiage.
3-3 Répartitiontemporelle des salures
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Aux sections de l’estuaire situées en pleine influence océanique (de l’embouchure d 20 Km en amont environ) , on observe une variation des salures selon le cycle semi-diurne de la marée. La figure 17 montre les courbes enregistrées, l’une sur le Kourou, l’autre sur le Sinnamary. Malgré les différences importantes d’echelle graphique (l’une est en mg/], l’autre, en g/l), on constate que dans les deux cas, le maximum s’observe d l’étale des courants, lorsque le débit oscillant s’annule. La durée de l’effet des salures océaniques sur la section, et entre 4 et 6 heures.
4) Mécanisme de remontiide la marée saline durant étiage.
Sur le Sinnamary, mais surtout pour le Kourou, les mesures des dérives de flot n’expliquent pas totalement l’extension du front salé sur plusieurs dizaines de kilomètres, en amont. La diminution du débit fluvial en étiage n’entraîne un accroissement des dérives de flot que de quelques centaines de métres. Cette extension pourrait trouver une explication dans l’étude des dérives résultantes, car il est fréquent, dans d’autres estuaires, que celles-ci soient orientées vers l’amont, au fond, et vers l’aval en surface. C’est l’expression des
‘prédominances’, déjé citées. Toutefois, bien qu’observées sur le Slnnamary et le Kourou, é quelques Kilomètres de I’cmbouchure, on constate aussi que ces dérives résultantes sont toujours orientées vers l’aval pour des stations plus en amont, alors qu’aux mémes sections la marée saline y est observée.
Analysons la figure 15 sur le Sinnamary:
A la oleine mer. prés de l’embouchure, on observe la formation, autour de la : ride’ vaseuse lb), d’une lentille de salure élevée (S > 20 g/l). De part et d’autre de cette zone, les fsohalines sont sub-horizontales. Plus en amont, les isoteneurs se redressent, pour devenir sub-verticales, a partir des valeurs inlérieures 0 1 g/l. Le gradient longitudinal moyen est de 2 g/l par Km, mesuré depuis l’embouchure jusqu’au front d’eau douce.
Au mi-iusent (PM + 3 heures), la sursalure de fond a progressé vers l’amont de 4 Km, tandis que le contact avec les eaux fluviales s’est déplacé de la marne distance, mais vers l’aval. Le gradient longitudinal dans l’estuaire augmente et attein tla valeur de 4 g/l par Km.
A la basse mer, l’elfet du jusant est prépondérant. Les isohalines sont déplacées vers l’aval, et le contact avec les eaux fluviales descend encore de 2 Km vers l’aval. Le gradient longitudinal baisse à 1,4 g/l per Km.
A mi-flot (PH - 3 heures), les isohalines des dix premiers Kilomètres de l’embouchure conservent une position moyenne identique à celle décrite d la basse mer. L’isoteneur ‘10 g/l’ regagne l’amont seulement per le fond, tandis que la ligne des - 1 g/l’ accuse encore une déformation proche du lond et Orient&!e vers l’aval. La limite des eaux fluviales subit par contre, un déplacement vers l’amont important, de 6 Km. Le gradient longitudinal prend sa plus basse valeur (0.9 g/l).
La figure If3 Permet d’apprécier l’évolution de ces paramètres, au cours du cycle de marée qui vient d’être décrit.. Cette analyse fait apparaitre un
phénomène important: è PH l 3, tandis que les isohalines ne semblent pas avoir subit de déplacement notoires dans l’estuaire, le contact eaux douces / eaux saumatres est rapidement renvoyé vers l’amont (6 Km en 2 heures). Au vu du nombre de mesures (700), et du pas de temps choisi (3 heures), pour reconstruire le mécanisme de remonté saline, ces conditions nous apparaissent suffisantes pour mettre en kvidence le fait que les isohallnes ne se déplacent pas rigoureusement selon le cycle hydrodynamique, montrant ainsi un mécanisme qui aurait une certaine indépendance, visàvis des déplacements de masses d’eau. Sur ce point, d’autres auteurs (FRANCIS-BOEUF C.,l947, LAFOND L.R., 19671, interprètent leur résultats en soulignant le phénomène de dilfusion, Sachant que:
- le coefficient de diffusion du Chlorure de Sodium en solution augmente, lorsque sa concentration décroit.
- ce coefficient augmente avec la température.
De méme, pour le Kourou, les résultats obtenus montrent que les dérives seraient différentes pour les eaux, les matières en suspension et celles en solution, Les figures Il (MES) et 16 Galures), en sont un bon exemple.
Tout en subissant les effets prépondérants de l’hydrodynamique estuarienne, l’observation de la remontée saline, en regard des suspensions, met en évidence le phénomène de diffusion au niveau des sections de mesure, assurant la disparition du gradlent latéral dans la section (cas du Sinnamary), et du gradient vertical dans un estusire comme le Kourou. On obtient donc une homogénéisation de la section, indépendante du mélange hydrodynamique, et qui pourrait avoir un effet dans le mécanisme de dispersion des ions vers l’amont.
Cette constatation aura une grande importance dans l’analyse des risques de pollution en estuaire, par les matiéres en solution.
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5) Risque de pollution en estuaire.
II faut tout d’abord distinguer trois types de polluants, qui vont atre transportés et dilués par plusieurs mécanismes :
- les polluants ‘flottants’, qui seront soumis é l’action des vents et de l’hydrodynamlque estuarlenne (longitudinale et transversale).
- les polluants en suspension, qui, comme les vases d’embouchure, seront soumis à l’action hydrodynamique, et à certains processus de floculation, ainsi qu*d la saltation.
- les polluants en solution, qui, comme Les sa?ures, seront soumis é I’hydrodynamique marine, et aux phénombnes de diffusion.
Dans le oremier cas, on retiendra l’ellet des courants transversaux (fig 19) dans une section, pouvant entrainer le dép& sur les rives, ou le maintien des déchets flottés au milieu de la section, là où ils seront éVOCUés, vers l’amont ou
Dans le oremier cas, on retiendra l’ellet des courants transversaux (fig 19) dans une section, pouvant entrainer le dép& sur les rives, ou le maintien des déchets flottés au milieu de la section, là où ils seront éVOCUés, vers l’amont ou