Rôle de la marée et de la houle sur la turbidité de la Manche

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Rôle de la marée et de la houle sur la turbidité de la Manche

Approche par imagerie satellite

Journée Dynécouverte le 10 juin 2010

Rivier Aurélie – Petus Caroline

(2)

CONTEXTE

Thèse CETMEF/IFREMER

^:

Sujet : La clarté de l’eau du plateau continental de la Manche et ses abords observée de l’espace : apport de la modélisation 3D hydro- sédimentaire multiclasse ;

Objectif : Estimation de la quantité de matières en suspension (MES) en surface ;

Intérêt : Rôle essentiel de la MES dans le coefficient d'atténuation

de la lumière et la production biologique.

(3)

Thèse CETMEF/IFREMER :

Approches :

• Estimation par télédétection (algorithmes - IFREMER);

• Mesures in situ ;

• Modélisation numérique (CETMEF).

CONTEXTE

(4)

OBJECTIFS

•

Mettre en évidence les processus responsables de la turbidité en Manche. Évaluer le rôle de la marée et des tempêtes ;

• Évaluer la dynamique saisonnière des matières en suspension : taille, concentration ;

• Mieux comprendre les relations entre coefficient de rétrodiffusion bb, MES (concentration), type et taille des particules, turbidité et K_PAR ;

• Améliorer l'algorithme d'estimation de la quantité de matières minérales en suspension à partir d'image satellite, notamment en tenant compte de la taille des particules.

(5)

OBJECTIFS

• Mettre en évidence les processus responsables de la turbidité en Manche. Évaluer le rôle de la marée et des tempêtes ;

• Évaluer la dynamique saisonnière des matières en suspension : taille, concentration ;

• Mieux comprendre les relations entre coefficient de rétrodiffusion bb, MES (concentration), type et taille des particules, turbidité et K_PAR ;

• Améliorer l'algorithme d'estimation de la quantité de matières minérales en suspension à partir d'image satellite, notamment en tenant compte de la taille des particules.

(6)

Matières en suspensions totales

(mg.l^-1) dans la zone ROSES IMAGES SATELLITES MODIS

Calibrées par l’algorithme MMESS (Gohin et al., 2002; 2005; 2008 )‏

Base de données journalières brutes:

2003-2009

Base de données journalières krigées (i.e sans nuage) : 2007-2009 DONNEES SATELLITES

(7)

TRAITEMENT DU SIGNAL

CORRELOGRAMME

coefficient de corrélation d’une série mesurée à l’instant t avec cette même série à l’instant t + Δt

DETERMINE LA PERIODICITE DU SIGNAL

Var(MES)

S) E M (MES(t)

S) E M Δt)

+ Cov(MES(t

= Δt

C ˆ ˆ

)

( − × −

(8)

APPLICATION AUX IMAGES MODIS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Corrélogrammes : 230 pixels

Matières en suspensions (mg.l^-1)‏

30 pixels

2003 - 2009

(9)

RESULTATS : périodicité moyenne

INFLUENCE DE LA MAREE : CYCLE MORTES-EAUX /

VIVES-EAUX :

~ 14 j

moyenne

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Pas de temps (jour)

Corrélation

moyenne -0,200

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

Pas de temps (jour)

Correlation

14 jours

28 jours

Δt = 0 Æ 40 jours

(10)

RESULTATS : périodicité moyenne

moyenne

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Pas de temps (jour)

Corrélation

moyenne -0,200

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

Pas de temps (jour)

Correlation

14 jours

28 jours

Δt = 0 Æ 40 jours

-1,20 -0,80 -0,40 0,00 0,40 0,80 1,20

0 26 52 78 104 130 156 182 208 234 260 286 312 338 Pas de temps (jour)

Correlation

-1,20 -0,80 -0,40 0,00 0,40 0,80 1,20

0 26 52 78 104 130 156 182 208 234 260 286 312 338 Pas de temps (jour)

Corrélation

moyenne

a)

b)

Δt = 0 Æ 364 jours

~14 jours

Effet saisonnier

(11)

RESULTATS : classification des corrélogrammes

1^erESSAI - ANALYSE EN CLUSTER - Méthode du KmeansÆ 4 CLASSES :

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

1 2

3 4

(12)

RESULTATS : cartographie des zones d’influence de la marée

REPARTITION GEOGRAPHIQUE DES 4 CLASSES :

DIFFERENTES ZONES D’INFLUENCE DE LA MAREE A valider – à justifier

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

1 2

3 4

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Pas de temps (j)

autocorrélation

1 2

3 4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Brest St Malo

Caen

Le Havre Calais Plymouth

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Caen

Cardiff

(13)

Recherche d’une relation entre les coefficients de marée et les concentrations en MES (séries temporelles continues)‏

RESULTATS : travail sur les données satellites crigées 2007-2009

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Caen Le Havre

Calais Plymouth

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

1 2

3 4 0

2

5 9

10

7

8

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

1 2

3 4 0

2

5 9

10

7

8

6

Æα = 1,03C₀ = 50,6 r² = 0,31 Point 1 – 2007

α

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

×⎛

= ( ) 0

)

( C

Coeff t

MES t

MES _moy

α

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

×⎛

= ( ) 0

)

( C

Coeff t

MES t

MES _moy

(14)

Recherche d’une relation entre les coefficients de marée et les concentrations en MES (séries temporelles continues)‏

RESULTATS : travail sur les données satellites crigées 2007-2009

r² calculé pour chaque pixel Æ CARTOGRAPHIE DE L’INFLUENCE DE LA MAREE Point 8 – 2007

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

1 2

3 4 0

2

5 9

10

7

8

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

1 2

3 4 0

2

5 9

10

7

8

6

Æα = 0,02C₀ = 0,06 r² = 0,0003

α

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

×⎛

= ( ) 0

)

( C

Coeff t

MES t

MES _moy

(15)

2007-2009

RESULTATS : cartographie des zones d’influence de la marée

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Caen

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Caen

Cardiff

(16)

Point 1 – 2007

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

1 2

3 4 0

2

5 9

10

7

8

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 20

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Cardiff

1 2

3 4 0

2

5 9

10

7

8

6

RESULTATS : influence de la houle

TEMPETE DEC.

2007

Æα = 1,03C₀ = 50,6 r² = 0,31

α

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

×⎛

= ( ) 0

)

( C

Coeff t

MES t

MES _moy

(17)

Contrainte exercée par la houle le 09/12/2007 (calculée à partir des

résultats WW3 de F. Ardhuin)‏

RESULTATS : influence de la houle

Bathymétrie

Matières en suspension

Impact de la tempête du 9 décembre 2007 sur la MES de surface

Image satellite MODIS du 11/12/2007

(18)

OBJECTIFS

Amélioration de la relation : rajout de l’influence de la houle

Amélioration de l’algorithme MMESS i.e. des cartes satellites - données in-situ (Camille Napoléon)‏

- étude du coefficient de rétrodiffusion - étude de la taille des particules

Modèle hydrosédimentaire de la Manche multiclasse ( travail effectué au CETMEF)‏

- Prise en compte de la marée, du vent et de la houle - hétérogénéité granulométrique des sédiments de fond

OBJECTIFS DE LA THESE