Caractérisation optique d'eaux côtières mediterraneennes : mesure, modélisation et inversion des réflectances. Application aux observations satellitales

par Florence Lahet

Thèse de doctorat en Sciences de l'univers. Océanographie physique

Sous la direction de Philippe Forget.


  • Résumé

    La détermination des paramètres de qualité de l'eau en zones côtières est abordée par des approches expérimentales et algorithmiques. L’aspect expérimental concerne la mesure du coefficient d'atténuation et de la reflectance. La méthode algorithmique est fondée sur une approche semi-analytique. Un modèle de reflectance a trois composantes, prenant en compte les effets optiques de la matière organique dissoute, du phytoplancton et des particules minérales est inverse afin d'estimer la concentration en chlorophylle a, chl, l'indice de réfraction des sédiments, m r, et le coefficient d'absorption de la matière organique dissoute a 440 nm, a y(440), a partir des spectres de reflectance et des concentrations en sédiments, c, mesurées sur site. La procédure d'inversion, consistant a minimiser la différence quadratique entre reflectances modélises et mesures, est appliquée a partir de données expérimentales collectes a l'embouchure de l'ebre. La méthode proposée est peu précise pour la détermination de chl. Les valeurs de m r et a y(440) sont comparables a celles disponibles dans la littérature et peu sensibles aux variations de chl. Une classification optique des eaux du site est introduite afin d'améliorer la précision sur chl. Pour chaque classe d'eau, des valeurs typiques de c, chl, m r et a y(440) sont détermines et des corrélations sont établies entre la dérivée première de la reflectance et ces quatre paramètres. Il apparaît qu'en associant une méthode empirique et une méthode semi-analytique les concentrations en sédiments et en chlorophylle peuvent être estimées avec des coefficients de variation inférieurs a 50%. La démarche proposée consiste a évaluer chl a partir d'algorithmes empiriques puis c et a y(440) par inversion du modèle de reflectance avec, comme paramètres d'entrée, la valeur moyenne de m r typique de la classe d'eau étudiée et la valeur empirique de chl. Enfin, nous examinons l'extension de notre méthode de restitution des paramètres de qualité de l'eau en considérant les reflectances échantillonnées à la position des canaux meris.

  • Titre traduit

    Optical caracterization of Mediterranean coastal waters : measurement, modelling and inversion of reflectances. Application to satellite observations


  • Résumé

    The determination of water quality parameters in coastal waters is tackled by experimental and algorithmic approaches. The experimental aspect includes measurements of attenuation coefficient and reflectance. The algorithmic method is based on a semi-analytic approach. A three-component reflectance model, that takes into account the contributions of dissolved organic matter, phytoplankton and mineral particles is inverted in order to estimate the chlorophyll a concentration, chl, the sediment refractive index, mr, and the absorption coefficient of disoived organic matter at 440 nm, ^(440), from experimental reflectance spectra and suspended sediments concentrations, C. The inversion procedure, based on the minimization of the quadratic difference between modelled and experimental reflectance values, is applied to experimental data collected in the Ebro River mouth area. It appears that chl values are not accurately retrieved using the proposed method and that mr and a, (440) values are realistic as compared to those previously published and little sensitive to chl variations. A colour classification of the study area waters is introduced in order to improve the precision of chl estimates. Each water class is associated with typical values of C, chl, m, and av(440) and correlations are established between the first derivative of reflectance and those four parameters. Associating an empiric method and a semi-analytic method allows the concurrent estimate of suspended sediment and chlorophyll a concentrations with variation coefficients lower than 50 %, The proposed method consists in estimating chl from empirical algorithms then C and av(440) are determined by inversion of the reflectance model parameterized from the mean value of mr typical of the water class considered and from the empirical value of chl. Finally, we examine the extension of our method of water quality parameters restitution by considering the reflectances sampled at the wavelengths of MERIS channels.

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