Modèle de powerpoint - gis-irista.frgis-irista.fr/WordPress3/wp-content/uploads/2015/02/O.Rouzeau.pdf · programmation SPOT (SEAS) ... > Définir les différents paramètres des

mardi 22 avril 2014

Mesure et suivi de la turbidité

des eaux des rivières de

Guyane par télédétection :

Analyse des images des

satellites SPOT

O. ROUZEAU BRGM Orléans

A BLUM BRGM Cayenne

Objectifs

> Alimentation en eau potable en Guyane

essentiellement grâce aux fleuves et rivières

> Problèmes de potabilité (marée, matières en

suspension, orpaillage clandestin…)

> Besoin de mesurer in situ de la qualité de l’eau

en particulier sa turbidité • Coût élevé (déplacements, moyens techniques : embarcation…)

> Idée : • Obtenir le même résultat mais à partir d’images satellites en

particulier SPOT (Station SEAS Guyane) et ainsi collaborer à la

mise en place un réseau « turbidité » sous

la responsabilité de la DEAL

mardi 22 avril 2014 > 2

Notions sur la turbidité et sa mesure

> Turbidité (NTU) = fct( particules en suspension) • minérales, organiques, vivantes ou détritiques

> Mesurée avec un turbidimètre portatif


Turbidimètre HI 98713 d’Hanna Instrument

de Kalitéô Environnement

turbidimètre TN-100 d’Eutech Instruments

du BRGM

NTU = Nephelometric Turbidity Units (NTU)

La turbidité maximale fixée par la réglementation française est

de 0,5 ou 2 NTU selon les lieux de mesure.

Programme de travail : Novembre 2011


Synthèse bibliographique

• Méthodes utilisées par la télédétection pour

caractériser la qualité de l’eau en corrélation

avec des mesures de terrain (Rapport BRGM/RP-

60354-FR)

• Résultats (40 références) :

– l’estimation des paramètre de la qualité de l’eau par

télédétection est pratiquée depuis les année 70.

– De très nombreuses équipes à travers le monde ont

essayé de modéliser par des approches empiriques

et des mesures in situ,

– Cependant, chaque équipe a défini ses propres

équations sous forme de lois de régression plus ou

moins complexes en fonction :

• des caractéristiques des capteurs spatiaux

utilisés (résolution spectrale, résolution spatiale,

répétitivité) et leur mise à disposition ;

• de la façon dont les paramètre ont été mesurés

in situ.

Synthèse bibliographique : Quelques illustrations


Image Landsat TM du Lac

Chicot et image dérivée

montrant les différentes

classes de matière en

suspension (HARRINGTON

& al. 1992)

Niveau de turbidité des l'eau

de la rivière Klang à partir de

SPOT 5 (HASMADI & al. 2010)

Technique d'utilisation du disque de Secchi


Programme de travail : Mars 2012

Campagne de mesures in situ + programmation du

satellite SPOT 5 • 2 Sites : La Mana l’Approuargue

• Résultat : la couverture nuageuse n’a pas permis de voir les zones de

mesures


Programme de travail proposé fin 2012

Deux actions proposées

>Refaire des mesures de turbidité synchrones

avec des programmations spécifiques de

SPOT (SEAS)

>Approche statistique sur les valeurs de

turbidité d’archives


Refaire une expérimentation in situ synchrone avec une

programmation SPOT (SEAS Guyane)

> Kourou • 14/11/12 (ok)

• 19/11/12 (nuageux… à voir)

> Lawa/Inini/Tampok • 19/11/12 (Pb satellite)

• 29/11/12 (ok)

> Recherche de sites avec des

mesures de turbidité plus contrastés

> Situations/objectifs différents (suivi

en aval, orpaillage…)

> Profils plus longs



programmation SPOT (SEAS)

>Rappel du principe et de la méthode

(détails dans le rapport)

• Principe : Calibrer les luminances enregistrées par

le satellite SPOT avec des mesures de turbidité

effectuées en rivière

• Méthode : Correction radiométriques des images

–conversion niveaux de gris en luminance,

–correction des perturbations atmosphériques,

–corrections géométriques

Traitement des Images SPOT


FLAASH : Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes




> Résultat sur le Kourou 14/11/2012

• 24 points retenus pour trouver une loi de régression entre valeur de

réflectance de chaque bande spectrale SPOT et turbidité (autres points

sous nuages ou ombre des nuages)

• Recherche de corrélation bande par bande (XS1, XS2, XS3, SWIR)

Représentation graphique de la loi de loi

de régression obtenue pour

TurbiditéNTU = f(réflectance XS1)





• Meilleures corrélations dans bandes XS1 et XS2

• Dans une moindre mesure XS3

• Bande SWIR à écarter

• C’est à partir des valeurs de turbidité ≥ 20 NTU que l’on observe une bonne

linéarité des courbes de réflectance des bandes spectrales XS1 et XS2. Lorsque

les valeurs de turbidité sont trop faibles les lois de de régression sont plus

confuses

• Recherche d’une loi de régression combinant les valeurs de réflectance de XS1 et

de XS2. Solution choisie, la plus simple, : prendre la moyenne

Valeur de turbidité en fonction des valeurs de

réflectance des bandes de SPOT





• Moyenne entre le valeurs de réflectance de XS1 et XS2. Régression obtenue:

• L’équation du modèle est : TurbiditéNTU = 749,123 * Moyenne(XS1,XS2) - 21,255

Coefficient de corrélation

linéaire de 0,97





• Variation la turbidité sur l’aval de la

rivière Kourou le 14 novembre 2012:

Conclusions

– Essai réussi sur une journée

– Contrainte nuages, programmation

SPOT, fin mise à disposition images

SPOT 5

– Nouveaux satellites ? Nouveaux outils ?

– Types de corrections atmosphériques à

appliqués ?


Approche statistique – Principe

> Extraire de la base d’archives du SEAS-Guyane les scènes

SPOT correspondantes aux stations de mesure de turbidité :

• Dates identiques ou proches (± quelques jours)

• Zones sans nuages sur les stations de mesures

• Format 1B (ou 2B si possible)

> Rectification géométrique des images

par prise de points d’amer (si format 1B)

> Relever la valeur de

réflectance du pixel à

l’aplomb moyenné par la

valeur de ses plus

proches voisins.


Approche statistique - Principe

> Chercher pour chaque bande spectrale de SPOT, et pour des

combinaisons de bandes issues de ratios tirés de la

bibliographie, les meilleures lois de corrélation entre les valeurs

radiométriques de réflectance et les valeurs de turbidité.

> Définir les différents paramètres des lois et leur coefficient de

corrélation par rivières testées.

> Appliquer ces lois par rivière testée et présenter les résultats

sous forme de dégradés de couleur suivant des classes de

valeurs.


Approche statistique - Résultats

> Données d’entrées • Base de données turbidité (1474 mesures)

• Archives SPOT 4 et 5 de SEAS-Guyane (appui IRD)

• Critères de sélection des images :

– Être disponible physiquement à la station SEAS (donc pas d’image anté-

2005)

– Scènes prises en mode multi-spectral suivant une résolution de 10 ou 20 m

– Couverture nuageuse ne dépassant pas 50%

Exemple d’une scène sur le Maroni. Couverture nuageuse variable

7% 22% 50%


Approche statistique - Résultats

> Données d’entrées

• 184 scènes sélectionnées. Encore des difficultés pour pointer le lieu précis

de la mesure (dégradation des images, pas toujours suffisante pour

visualiser la rivière). Une scène peut servir pour plusieurs points.

• Après traitement : 86 points de mesure représentant 68 scènes SPOT 4 et

SPOT 5

• Problème de la localisation des point de mesures dans la base de données

turbidité (pas sur la rivière….)

> Résultat : approche statistique

• Pas de corrélation ….

• Raisons possibles:

– Différences de méthodes de mesures

– Différences turbidimètres / calibration

– Pb de localisation des points de mesure

(Pb si mesure le long de la rivière sous

couvert végétal)

– Différences de dates entre mesure et SPOT

parfois trop importantes


Conclusions et perspectives

> Continuer à archiver des mesures de turbidité en même temps que

l’on effectue des programmations d’images satellites (SPOT…) ;

> Autres satellites (Pléaide)? Mises à disposition des images?

> Refaire la même expérience sur le Kourou a une période différente

> Faire la même étude que celle de le Kourou sur d’autres rivières

d’abord de grande largeur (Camopi?) puis de largeur plus faible. 2

campagnes de points de mesure à 2 périodes différentes seraient

souhaitables ;

> Réaliser un suivi multi-temporel (2 données par mois) sur une

rivière pour évaluer l’évolution de la turbidité au cours du temps

toujours en fonction de l’acquisition d’images satellites ;

> Standardiser les méthodes de mesure en rivières pour que toutes

les valeurs collectées puissent être compare les unes aux autres.


Journée technique sur les mesures de turbidité (16/04/2013)

> Objectifs • Former les agents qui réalisent des mesures, partager les expériences de

terrain, harmoniser les pratiques

• 1 partie théorique, 1 partie pratique, essai inter-calibration

> 20 participants : • BRGM (3), Kalitéô (1), DEAL (2), PAG (4), FAG (2), Gendarmerie (2),

ONF (1), NBC (2), HYDRECO (3)

> Mise en place d’un mode opératoire et d’une fiche de

terrain


informations de contexte et méthodes à renseigner sur le terrain

⇨Référentiel pour coordonnées GPS

⇨ Lieu des mesures : in situ Labo

⇨ unité mesure de la turbidité:

⇨ autres mesures physico-chimiques

température Eh

conductivité pH

Code

stationCours d'eau

Bassin

VersantX Y

Date

analyseHeure Turbidité Météo

Situation

hydrologique

Marnage

(marée

montante ou

descendante)

Lieu de mesure

(rive gauche,

droite, milieu,

autre)

Activités

humaines à

proximité *

Commentaires

* (orpaillage illégal, légal, agriculture, extraction bois, route, ville, village…)

champs grisés : champs à renseigner obligatoireent

version 2 (suite journée préleveurs)

exemple : problème avec le turbidimètre, …

Fiche terrain type pour le suivi de la turbidité en Guyane

⇨ Référence du turbidimètre :

⇨ Etalonnage avant campagne : oui non

⇨ Moyens d'accès au site

⇨ Commentaire particulier :

⇨ Activités humaines dans le secteur

⇨ Marnage sous influence sans objet

informations pouvant être pré-remplie

Date(s) mission de terrain :

⇨ Secteur (cours d'eau, commune…)

⇨ Nom du préleveur :

⇨ Organisme :

Documents

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