Sciences de l'eau : Télédétection de proliférations d'algues

Recherche en couleurs - Télédétection de proliférations d'algues

Relations spatiales

Lorsque M  Caren Binding, Ph. D., Division de la recherche hydrologique et écologique sur les bassins hydrologiques d'Environnement Canada, a appris la nouvelle, elle n'a pas caché sa joie. Sa candidature a été acceptée et ses recherches sur la prolifération d'algues dans les plans d'eau intérieurs importants allaient être activement encouragées.
Dr. Caren Binding
Elle allait bientôt avoir accès à de meilleures images prises depuis les hauteurs - grâce au capteur à la fine pointe de la technologie de la Station spatiale internationale (SSI).

La scientifique spécialisée en télédétection a découvert la possibilité d'utiliser de nouvelles technologies pour ses recherches au cours d'un atelier tenu à Madison (Wisconsin) en juin 2012 et a soumis une proposition. « Le niveau de détails que nous offrent maintenant les images prises du lac Winnipeg et des Grands Lacs est bien meilleur », affirme Mme Binding.

Utilisation de l'optique aquatique

Lorsque la lumière pénètre dans l'eau, elle interagit avec les matières qui se trouvent dans l'eau. La lumière est absorbée ou dispersée à divers degrés pour déterminer la couleur de l'eau. Pour décrire un processus complexe en termes simples, Mme Binding et ses collègues scientifiques utilisent des instruments spéciaux immersibles et de laboratoire qui caractérisent l'interaction entre les matières en suspension et dissoutes et la lumière dans l'ensemble du spectre visible. « À l'aide de mesures de la couleur de l'eau dans les modèles optiques que nous avons élaborés, nous pouvons déterminer les concentrations de ces matières. À leur tour, ces concentrations nous permettent de détecter la prolifération d'algues. »

Télédétection

La télédétection de la qualité de l'eau est fondée sur le principe de l'optique aquatique. Lorsque Mme Binding a commencé sa carrière au sein d'Environnement Canada, elle a travaillé aux côtés d'un pionnier de la première heure dans le domaine de l'optique des eaux intérieures, M. Robert Bukata, Ph. D., qui a joué pour elle un rôle de mentor. M. Bukata a découvert que les signaux de toutes les matières dissoutes et particulaires dans l'eau (comme le phytoplancton de différentes tailles et couleurs ou les sédiments en suspension) créaient une interaction complexe des processus optiques. « Nos travaux les plus récents reposaient sur cette compréhension et nous avons élaboré des méthodes pour mettre en pratique la télédétection par satellite afin d'observer les processus lacustres sur des échelles qu'il était impossible d'obtenir par des observations au sol », explique Mme Binding.

Les satellites d'observation de la Terre, équipés de capteurs, tournent autour de la Terre à des altitudes de 700 à 800 km. Les capteurs mesurent la couleur de la lumière qui quitte les océans et lacs du monde. « Après avoir retiré les effets de l'atmosphère et appliqué les modèles optiques adéquats, nous pouvons interpréter les paramètres de la qualité de la couleur de l'eau présents dans un plan d'eau et étudier des événements précis, comme les proliférations d'algues ou l'érosion des berges. »

Incidence de la technologie de la SSI sur la recherche d'Environnement Canada

Mme Binding a commencé à utiliser les images d'un capteur à bord de la Station spatiale internationale en septembre 2012. Ce capteur, appelé HICO (spectromètre imageur conçu pour l'étude des zones côtières des océans), a été conçu par le US Naval Research Laboratory et est maintenant appuyé par le programme de la SSI de la NASA, devenant le premier spectromètre imageur spatial conçu pour observer les eaux côtières et intérieures. HICO représente un énorme progrès de la technologie.

Auparavant, les scientifiques s'appuyaient sur un nombre relativement restreint de bandes spectrales disponibles sur des satellites d'observation de la Terre afin d'élaborer des méthodes pour déterminer la couleur. « L'imagerie HICO fournit de l'information spectrale pour une centaine de bandes spectrales, comparativement à moins de 10 bandes en général, et nous permet d'étudier une série améliorée de paramètres de la qualité de l'eau. » Bien que les méthodes précédentes aient permis aux scientifiques de détecter et de surveiller les proliférations d'algues en ce qui a trait à l'ensemble de la biomasse, de l'étendue et de la période, l'information spectrale supplémentaire offerte par HICO leur permet d'étudier la possibilité de déterminer la composition des proliférations d'algues. « Par exemple, nous pouvons rechercher certains pigments permettant de faire la distinction entre les cyanobactéries potentiellement dangereuses à partir de plusieurs variétés inoffensives. »

Contribution de la recherche sur la télédétection  

À l'heure actuelle, Mme Binding utilise la technologie de HICO pour se concentrer sur deux lacs : le lac Érié et le lac Winnipeg.

Lake Erie satellite image

Le lac Érié est le Grand Lac le plus gravement détérioré, le bassin ouest étant particulièrement sujet à la prolifération intense d'algues. L'Initiative sur les éléments nutritifs des Grands Lacs d'Environnement Canada s'efforce d'améliorer les conditions et de réduire la fréquence et l'étendue de ces proliférations d'algues. Le lac Winnipeg est également remarquable par sa qualité de l'eau dégradée qui se caractérise par des proliférations d'algues intenses et récurrentes. Des efforts sont en cours pour s'atteler à ces problèmes de qualité de l'eau par l'intermédiaire de l'Initiative du bassin du lac Winnipeg d'Environnement Canada.

La technologie de télédétection offre des renseignements qui complètent les activités de surveillance et de recherche sur la prolifération d'algues d'Environnement Canada dans le cadre de ces deux programmes. « Nous avons été en mesure d'utiliser cette technologie pour mieux comprendre les changements à long terme qui se produisent au niveau de la clarté de l'eau et de la prolifération d'algues dans les lacs, en réponse à l'entrée des espèces envahissantes, aux pratiques de gestion des éléments nutritifs mises en place et aux changements climatiques. »

« Nous élaborons aujourd'hui des méthodes nous permettant de faire la distinction par satellite entre les différents types de proliférations et les différents endroits où elles se concentrent. Ces méthodes nous permettront d'effectuer des avancées spectaculaires dans notre capacité à gérer les risques pour notre environnement et la santé que posent les proliférations d'algues potentiellement nuisibles. »

Mme Binding affirme qu'elle est continuellement impressionnée par la quantité de renseignements qui peuvent être obtenus à partir des observations de l'espace pour décrire les processus environnementaux. Elle est heureuse de participer au programme de la Station spatiale internationale et d'utiliser sa technologie de pointe tout en restant sur terre. « Le simple fait de faire partie de cet avancement des connaissances est très valorisant. »

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