Dynamique du système de bancs de vase de Guyane par observation spatiale et modélisation hydro-sédimentaire

Dynamics of the Amazon mud bank system through spatial observation and hydro-sedimentary modeling : application to he coastal domain of French Guiana

• Auteur / Autrice : Noélia Abascal Zorrilla
• Direction : Antoine Gardel, Vincent Vantrepotte, Nicolas Huybrechts
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 29/03/2019
• Etablissement(s) : Guyane
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Diversités, santé et développement en Amazonie (Cayenne)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edward Anthony, Isabelle Brenon, Gabriel Navarro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Doxaran, Erik Toorman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sédiments (géologie) -- Transport

Guyane

Dynamique hydro-sédimentaire

Mots clés libres

Système de bancs de vase

Modélisation

Couleur de l'océan

Dynamique hydro-sédimentaire

Dynamique MES

Landsat 8

TELEMAC

Mud banks system

Modeling

Ocean color

MES Dynamic

Landsat 8

TELEMAC

Résumé

La côte de Guyane française se caractérise par la migration vers le nord-ouest de larges bancs de vase le long des côtes et par une concentration élevée de matières en suspension (MES) résultant de la forte influence des apports du fleuve Amazone. Les bancs de vase régissent la morphologie côtière régionale. Une meilleure compréhension de l’extension et de la dynamique des bancs est cruciale pour une gestion des écosystèmes et activités côtières à l'échelle de la région. Plusieurs études ont été effectuées sur la zone côtière de la Guyane française, fournissant des informations descriptives sur la morphologie et la vitesse de migration des bancs de vase. Cependant, la plupart des études ont porté sur la description des zones intertidales, alors que peu d’entre elles se sont concentrées sur la zone subtidale, qui pourtant, représente la partie la plus étendue des bancs de vase. L’objectif principal de cette thèse est d’adopter trois approches différentes telles que la télédétection haute résolution de la couleur de l’eau et les modèles numériques développés sur la base de mesures in-situ locales afin de mieux comprendre la morphologie de la partie subtidale et l’influence des forçages externes sur sa dynamique. Les précédentes approches sont complémentaires et forment un système de rétroaction interconnecté qui a permis la construction d’un modèle hydro-sédimentaire adapté à l’échelle de la région.L'exploitation optimale des informations fournies par les capteurs récents à haute résolution spatiale tels que Landsat 8-OLI est fortement conditionnée par la qualité du signal de réflectance marine. Ceci implique un développement méthodologique spécifique. L’un des problèmes majeurs en Guyane réside dans la capacité à corriger les données de réflectance marine de la contamination par la réflexion spéculaire du soleil. Ainsi, une méthode automatisée basée sur SWIR a été mise au point à l’aide d’une archive OLI de 4 ans réunie dans les eaux très turbides de la Guyane française. Des résultats satisfaisants basés sur les mesures in-situ de Rrs dans des zones affectées par le reflet du soleil mettent en évidence les performances pertinentes de la méthodologie proposée. La correction des reflets solaires a permis la récupération du signal de réflectance marine et l’estimation de la concentration des MES de surface estimée via le capteur OLI. Une méthode de détection de l'empreinte des bancs de vase a été développée via une approche basée sur les valeurs récurrentes de MES. Des bons résultats sont obtenus lors qu’on les compare à ceux obtenus via une localisation de la limite de l’amortissement de la houle sur les vases fluides subtidales associées aux bancs. Les taux de migration des bancs de vase en Guyane française ont été calculés en utilisant cette délimitation de la partie subtidale des bancs et ont montré des valeurs légèrement supérieures (2,31 km/an) à celles suggérées par des études antérieures.

The coast of French Guiana is characterized by the northwestward migration of large mud banks alongshore and by high concentration of suspended particulate matter (SPM) resulting from the strong influence of the Amazon River outflow. Mud banks govern the regional coastal morphology. A better understanding of its extension and dynamics is crucial for the coastal ecosystems management and activities at a regional scale. Several studies have been performed over French Guiana coastal area providing descriptive information about mud-bank morphology and migration speed. However, most studies have centred on the description of intertidal areas, whereas only few have focused on the subtidal zone, the biggest part of mud banks. The overarching aim of this thesis it to adapt two different approaches, such as high resolution remote sensing data and numerical models developed based on in-situ local measurements, to gather better insights into the subtidal part morphology and the influence of external forcings on its dynamics. The latter approaches are complementary and formed an interlinked feedback system that allowed the construction of a hydro-sedimentary model regionally adapted.Optimal exploitation of the information provided by recent high spatial resolution sensors such as Landsat 8-OLI is strongly conditioned by the quality of the water reflectance signal retrieval. This implies specific methodological development. One main issue in French Guiana stands in the ability to correct marine reflectance data for sun glint contamination. Thus, an automated SWIR based method has been developed using a 4-year OLI archive gathered over the very turbid waters of French Guiana. Satisfying results based on in-situ Rrs measurements in sun glint affected areas emphasize the relevant performance of the proposed methodology. Sun glint correction allowed the recovery of the marine reflectance signal and the estimation of surface OLI SPM concentration. A method to estimate the location of mud banks footprint has been developed based on SPM recurring values. A good performance was observed when the results were compared to those obtained by locating the limit of wave damping over the fluid mud of the subtidal part of mud banks. Mud-bank migration rates in French Guiana were calculated according to the delimitation of the subtidal part, and showed slightly higher values (2.31 km/year) than suggested by earlier studies. After obtaining remote sensing data and in-situ measurements, a 2D locally adapted hydro-sedimentary model was constructed based on the information provided by the latter approaches. The model takes into account the combined action of tide, currents, river discharge, wind and waves. Besides, the model also considered hydro-sedimentary processes related to cohesive sediments. Its development has followed three different steps: i) development of the hydrodynamic model; ii) development of the hydro-sedimentary model without considering wave-mud interaction; iii) and incorporation of waves to the hydro-sedimentary model, and has been validated via in-situ measurements and remote sensing data. The influence of the external forcings has been analysed for the dry and the rainy season. Despite the assumptions of the model, it reproduces qualitatively SPM trends and patterns on the subtidal part of the mud bank and the orders of magnitude are comparable to those provided by field and remote sensing data. This PhD provides evidences of the interest of these approaches and the combination of them to obtain better results in such complicated study area. The results obtained may help to further advance the state of knowledge on mud-bank processes and its migration.