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Des images satellites pour mieux comprendre la circulation des sédiments

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L'érosion et les activités humaines sont à l'origine d'importants apports qui peuvent constituer une menace pour l'équilibre biologique et la richesse du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Des scientifiques du centre IRD de Nouméa recourent depuis plusieurs années à la modélisation pour comprendre la circulation des courants et le transport des sédiments.

Une image satellite du nord de la France (crédit : ESA)

La télédétection par satellite permettant de quantifier de façon fiable la concentration de matières en suspension dans l'eau, ces chercheurs ont comparé les données transmises par le satellite Landsat aux mesures réalisées in situ dans le lagon. Les résultats montrent qu'une carte précise de la turbidité de l'eau peut être établie grâce à la télédétection optique, le taux d'incertitude étant inférieur à 20%. Les images satellites permettent donc de calibrer, d'affiner et de valider les modèles numériques de transport des sédiments. Cette double approche fournit de plus une répartition spatiale du potentiel de remise en suspension des fonds, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche.

Le lagon qui entoure la Nouvelle-Calédonie est connu pour sa grande biodiversité et la fragilité de ses récifs coralliens. Quels sont les impacts sur ces milieux des activités anthropiques, liées principalement à l'urbanisation et à l'industrie minière, et des apports provenant des rivières résultant de l'érosion naturelle des sols ? Les chercheurs de l'unité Camélia, du centre IRD de Nouméa, se sont emparés de cette question. Leurs travaux portent principalement sur le lagon sud-ouest, aux alentours de Nouméa, la capitale, où réside la moitié de la population. Ils concernent plusieurs aspects, notamment la recherche sur l'accumulation des métaux dans des organismes marins, l'étude des courants responsables de la dispersion des matériaux apportés par les rivières, ou encore l'analyse de la qualité des eaux marines (éléments dissous, suspensions). La turbidité constitue en effet un facteur limitant pour le développement des coraux car elle réduit la pénétration de la lumière dans l'eau. De plus, les particules fines en suspension drainent des métaux susceptibles de contaminer les écosystèmes aquatiques.

Dans le domaine de l'étude de l'environnement, l'emploi de modèles numériques permet de mieux appréhender les phénomènes à des échelles variables, et d'en prévoir les impacts. L'efficience de la modélisation passe par une validation de ses résultats, confrontés à de nombreuses observations réalisées in situ. Il est également possible de comparer, à la surface des eaux marines, les simulations numériques aux images satellites. La combinaison de ces informations et des données in situ avec la modélisation permet, de fait, une description en trois dimensions des processus étudiés.

Cette démarche a été entreprise pour étudier le transport des sédiments dans le lagon sud-ouest de la Nouvelle-Calédonie. La physique du transport des sédiments fait appel à une approche hydrodynamique. Les chercheurs utilisent un modèle numérique qui reproduit les courants et le transport des matières, en tenant compte des contraintes apportées par le champ des vents et la marée. Il permet de déterminer les flux d'érosion et de préciser les zones de dépôt des particules. La validation et l'affinement des modèles passe par des mesures in situ de turbidité, mais aussi des sédiments, afin de rendre compte en particulier de l'hétérogénéité des fonds marins : sable blanc ou gris, recouvert ou non d'un herbier, fond sablo-argileux et vaseux, présence d'une embouchure de rivière... Or, le lagon sud-ouest de la Nouvelle-Calédonie couvre une superficie d'environ 2000 km2, ce qui rend difficile et complexe la calibration du modèle numérique à partir des seules mesures in situ.

Les scientifiques de l'unité Camélia de l'IRD ont récemment montré que les images satellites pouvaient apporter une aide considérable à la modélisation du transport de sédiments. En effet, la turbidité de l'eau résultant de la présence de fines particules en suspension, les variations de nature et de concentration de ces particules modifient les propriétés optiques des eaux marines. Ainsi la télédétection, en indiquant les variations de couleurs de l'eau océanique, permet-elle de dresser une carte de cette turbidité. Celle-ci, établie à partir des images transmises par le satellite Landsat, a été comparée aux données disponibles quantifiées par des mesures in situ, ainsi qu'à celles issues du modèle numérique. L'estimation des concentrations de matières en suspension par télédétection s'est avérée fiable, avec un faible taux d'incertitude, de 17,5 % en moyenne. Mais les images satellites ne sont accessibles que par temps clair et en l'absence de vent fort (soit à nœuds), celui-ci générant trop d'écume et rendant difficile la détermination des propriétés optiques des eaux marines. La télédétection constitue néanmoins un outil puissant, dont le couplage avec les modèles numériques permet de déterminer indirectement la distribution spatiale du taux d'érosion sur l'ensemble du lagon sud-ouest. Les données fournies contribuent ainsi à affiner et à valider les modèles numériques, les seuls capables de fournir des informations en trois dimensions sur la dynamique et le déplacement des particules sédimentaires avec des prévisions temporelles.

Par ailleurs, l'association de la télédétection aux modèles numériques ouvre de nouvelles perspectives de recherche. Puisqu'il est possible de dessiner la répartition spatiale du taux d'érosion des fonds marins, les travaux futurs tenteront d'analyser ce paramètre en fonction de l'origine des particules sédimentaires remises en suspension. Celles-ci peuvent provenir de l'érosion des sols (origine terrigène) et être transportées par les rivières. Dans ce cas, elles sont plus facilement remises en suspension dans le lagon. Les particules sédimentaires peuvent également provenir des activités des organismes marins (origine biogène). Ces vases d'origine marine, plus compactes, sont plus difficilement remises en suspension. Les précisions sur la nature biogène ou terrigène des particules sédimentaires devraient donc permettre d'affiner encore les prévisions fournies par les modèles.