Rôle de la marée et de la houle sur la turbidité

de la Manche

Approche par imagerie satellite

Journée

Dynécouvertele 10 juin 2010

Rivier Aurélie –

Petus

Caroline

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.

Thèse CETMEF/IFREMER

:

Approches :

•

Estimation par télédétection

(algorithmes -

IFREMER);

•

Mesures in situ ;

•

Modélisation numérique (CETMEF).

CONTEXTE

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 KPAR

;

•

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.

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 KPAR

;

•

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.

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

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)EM(MES(t)S)EMΔt)+Cov(MES(t=ΔtC

ˆˆ)( −×−

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

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)

Cor

réla

tion

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)

Cor

rela

tion

14 jours28 jours

Δt = 0 40 jours

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)

Cor

réla

tion

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)

Cor

rela

tion

14 jours28 jours

Δt = 0 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)

Cor

rela

tion

-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)

Cor

réla

tion

moyenne

a)

b)

Δt

= 0 364 jours

~14 jours

Effet saisonnier

RESULTATS : classification des

corrélogrammes

1er

ESSAI -

ANALYSE EN CLUSTER -

Méthode du

Kmeans 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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

1 2

3 4

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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

-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)

auto

corr

élat

ion

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

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

12

34

0

2

5

910

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

12

34

0

2

5

910

7

8

6

α = 1,03C0 = 50,6 r² = 0,31

Point 1 –

2007

α

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×=

0)()(

CCoefftMEStMES moy

α

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×=

0)()(

CCoefftMEStMES moy

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 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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

12

34

0

2

5

910

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

12

34

0

2

5

910

7

8

6

α = 0,02C0 = 0,06 r² = 0,0003

α

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×=

0)()(

CCoefftMEStMES moy

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

12

34

0

2

5

910

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

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

Brest St Malo

CaenLe Havre

CalaisPlymouth

Cardiff

12

34

0

2

5

910

7

8

6

RESULTATS : influence de la houle

TEMPETE DEC.

2007

α = 1,03C0 = 50,6 r² = 0,31

α

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×=

0)()(

CCoefftMEStMES moy

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

Image satellite MODIS du 11/12/2007

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