pollution terrigène du bassin Levantin

Karin

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pollution terrigène du bassin Levantin

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

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 Certificat de géomatique 2004 Centre Universitaire dEcologie Humaine  Rapport de stage au GRID présenté par Karin Allenbach  Traçage des apports terrigènes par imagerie satellitaire dans les eaux oligotrophes du bassin Levantin (Méditerranée) 

 Superviseur :    

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Dr. Jean-Michel Jaquet GRID-Europe

Avril 2005

LISTE DES FIGURES ..................................................................................... 4 LISTE DES TABLEAUX .................................................................................. 6  RESUME ......................................................................................................... 7  ABSTRACT ..................................................................................................... 8  1   9INTRODUCTION ......................................................................................  1.1   9But de létude............................................................................................................................  1.2   9Localisation géographique.......................................................................................................  1.3   11Phytoplancton et cycle du carbone .......................................................................................  1.4   11La télédétection.......................................................................................................................  1.5  Propriétés optiques de leau naturelle .................................................................................. 12  1.5.1  La luminance normalisée de leau (L WN (λ)) 12  1.5.2  C-elphylhlora 14  1.5.3  Chromaticité 14  1.6  La température des eaux de surface ..................................................................................... 14  2   15METHODOLOGIE ..................................................................................  2.1   ......................................................................................................... 15Acquisition des données  2.1.1   15Données SeaWiFS  2.1.2  Données SISCAL 15  2.1.3  Bathymétrie 15  2.2   16Traitements des données........................................................................................................  2.2.1  Seadas 16  2.2.2  Erdas 17  3  RESULTATS .......................................................................................... 18  3.1  Analyse spectrale de L WN ....................................................................................................... 19  3.1.1  04 juin 2001 (jour 155) 19  3.1.2   2111 juin 2001 (jour 162)  3.1.3  20 juin 2001 (jour 171) 24  3.1.4  Chromaticité 27  3.2  Bilan hydrique et en nutriments ........................................................................................... 28  3.2.1   29Au Liban  3.2.2  Israël 31  3.2.3  Egypte 32  4  INTERPRETATIONS .............................................................................. 34  4.1  Analyse spectrale .................................................................................................................... 34   2

4.2   39Comparaison avec le delta du Rhône....................................................................................  4.3  Relation L WN et SST ............................................................................................................... 39  4.3  Disproportion dans la taille des panaches ............................................................................ 40  4.4   40Mécanismes de transport des panaches................................................................................  5  CONCLUSION........................................................................................ 42  REMERCIEMENTS ....................................................................................... 43  BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................... 44  Sites web ................................................................................................................................................ 45  ANNEXES ..................................................................................................... 46  A.1 Le cycle du carbone ....................................................................................................................... 46  A.2 Commandes dimages SeaWiFS ................................................................................................... 49  A.3 Liste des images commandées et traitées pour lélaboration de produits de niveau 2 (L2) .... 50  A.5 Traitements des données ............................................................................................................... 53  Seadas 53  Erdas (ERDAS IMAGINE 8.4) 56  A.6 Résultats ......................................................................................................................................... 61  Juin 2001 61  Juillet 2001 75  Août 2001 80   3

Liste des figures Fig. 1 Le bassin Levantin de la Méditerranée avec le schéma de circulation de surface de Nielsen (1912). 1: Canal de Sicile, 2a : Ionien méridional, 2b : Ionien central, 2c : Ionien nord, 3 : Adriatic, 4 : Cretan sud, 5 : SW Levantin , 6 : SE Levantin, 7 : N Levantin, 8 : N Cretan, 9 : Aegean ............................................................. 10 Fig. 2 Flux annuels et stocks de carbone en gigatonnes (milliards de tonnes de carbone) (Figure tirée de "L'Avenir Climatique", 2002). ................................................... 11 Fig. 3 Scan (balayage) partiel de la carte bathymétrique de lEst de la Méditerranée au 1 : 625'000 latitude 46°N, projection Mercator, intervalle entre les contours 50m (Hall et al., 1994). ................................................................................................ 16 Fig. 4 Histogramme des manipulations effectuées dans SEADAS ............................. 17 Fig. 5 Histogramme des manipulations effectuées dans ERDAS ................................ 18 Fig. 6 Image SeaWiFS du 4 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure. .................................................................. 19 Fig. 7 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large dAlexandrie................. 19 Fig. 8 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large de Gaza......................... 20 Fig. 9 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv................... 20 Fig. 10 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large dHaifa ....................... 21 Fig. 11 Image SeaWiFS du 11 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 21 Fig. 12 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large dAlexandrie ............ 22 Fig. 13 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large de Suez ..................... 22 Fig. 14 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large de Gaza..................... 23 Fig. 15 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv .............. 23 Fig. 16 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large dHaifa ..................... 24 Fig. 17 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large de Litani ................... 24 Fig. 18 Image SeaWiFS du 20 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 24 Fig. 19 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large dAlexandrie ............ 25 Fig. 20 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Suez ..................... 25 Fig. 21 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Gaza..................... 26 Fig. 22 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv .............. 26 Fig. 23 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Thyr ..................... 27 Fig. 24 Loci de chromaticité des panaches chlorophylliens identifiés dans le bassin Levantin les 4 et 11 juin 2001. Par souci de comparaison le Rhône a été représenté par un seul point. Les pourcentages correspondent à la saturation de la couleur. Le «W» représente le point achromatique « white point »................... 28 Fig. 25 Réseau hydrographique libanais (source : El-Fadel et al., 2000a) .................. 29 Fig. 26 Distribution des décharges deaux usées dans la mer Mediterranée ............... 30 Fig. 27 Concentrations en TSS (total suspended solids) et VSS (volatile suspended solids) dans les eaux côtières au abords de déversement dégouts. ..................... 31 Fig. 28 Réseau hydrographique israélien (Gabay, 2002)............................................. 32 Fig. 29 Apports en nutriments dans la Méditerranée avant et après lachèvement du barrage dAssouan. (Nixon, 2004)....................................................................... 33 Fig. 30 Spectre de reflectance pour différentes concentrations en chlorphylle dans une eau dépourvue de SM et DOC (Bukata et al., 1995). .......................................... 34 Fig. 31 Spectre de reflectance pour différentes concentrations en chlorphylle dans une eau contenant 10 mg/l de SM et dépourvue de DOC (Bukata et al., 1995)......... 35 Fig. 32 Spectre de reflectance pour différentes concentrations en SM dans une eau dépourvue de chlorophylle et DOC (Bukata et al., 1995).................................... 35

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Fig. 33 Spectre de reflectance pour différentes concentrations en DOC dans une eau dépourvue de chlorophylle et SM (Bukata et al., 1995). ..................................... 36 Fig. 34 Spectre de reflectance pour différentes concentrations en DOC dans une eau dépourvue de SM et contenant 10.0 µg/l de chlorphylle (Bukata et al., 1995). .. 36 Fig. 35 Profil du 3 août 2003 effectué dans le delta du Rhône .................................... 39 Fig. 36 Correspondance entre les panaches phytoplanctoniques et les zones deau chaude le 11 juin 2001 (A :SST, B : L WN égalisation dhistogramme sur les bandes 432). ......................................................................................................... 40 Fig. 37 Alhammoud et al., 2003 reproduit par Weber, 2004. Modèle de circulation de surface dans le bassin Levantin. Panneau du haut : vecteurs de vitesse des courants (ms -1 ) et champs de salinité (psu = pour mille). Panneau du bas : température de surface (°C). ................................................................................ 41 Fig. 38 Image SeaWiFS du 1 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 61 Fig. 39 Image SeaWiFS du 4 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 62 Fig. 40 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large dAlexandrie .............. 62 Fig. 41 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large de Gaza....................... 63 Fig. 42 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv ................ 63 Fig. 43 Profil du 4 juin effectué à travers le panache au large de Haifa ...................... 63 Fig. 44 Image SeaWiFS du 9 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 64 Fig. 45 Profil du 9 juin effectué à travers une zone où le fond est apparent................ 64 Fig. 46 Profil du 9 juin effectué à travers le panache au large de Port Saïd ................ 65 Fig. 47 Profil du 9 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv ................ 65 Fig. 48 Profil du 9 juin effectué à travers le panache au large de Haifa ...................... 65 Fig. 49 Image SeaWiFS du 11 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 66 Fig. 50 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large dAlexandrie ............ 66 Fig. 51 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large de Suez ..................... 67 Fig. 52 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large de Gaza..................... 67 Fig. 53 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv .............. 68 Fig. 54 Profil du 11 juin effectué à travers le panache au large dHaifa ..................... 68 Fig. 55 Profil du 11 juin effectué à travers le panache à lembouchure de la rivière Litani .................................................................................................................... 69 Fig. 56 Image SeaWiFS du 13 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 69 Fig. 57 Profil du 13 juin effectué à travers le panache du Nil ..................................... 69 Fig. 58 Profil du 13 juin effectué à travers le panache du Nil ..................................... 70 Fig. 59 Profil du 13 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv .............. 70 Fig. 60 Profil du 13 juin effectué à travers le panache au large dHaifa ..................... 70 Fig. 61 Image SeaWiFS du 18 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 71 Fig. 62 Profil du 18 juin effectué à travers le panache au large dAlexandrie ............ 71 Fig. 63 Profil du 18 juin effectué à travers le panache au large dAlArish ................ 72 Fig. 64 Profil du 18 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv .............. 72 Fig. 65 Profil du 18 juin effectué à travers le panache au large dHaifa ..................... 72 Fig. 66 Image SeaWiFS du 20 juin 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 73 Fig. 67 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large dAlexandrie ............ 73

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Fig. 68 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Port Saïd .............. 74 Fig. 69 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Gaza..................... 74 Fig. 70 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Tel Aviv .............. 75 Fig. 71 Profil du 20 juin effectué à travers le panache au large de Thyr ..................... 75 Fig. 72 Image SeaWiFS du 2 juillet 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 76 Fig. 73 Profil du 2 juillet effectué à travers le panache au large dAlexandrie ........... 76 Fig. 74 Profil du 2 juillet effectué à travers le panache au large de Port Saïd ............. 76 Fig. 75 Profil du 2 juillet effectué à travers le panache au large de Tel Aviv ............. 77 Fig. 76 Image SeaWiFS du 9 juillet 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 77 Fig. 77 Profil du 9 juillet effectué à travers le panache au large dAlexandrie ........... 78 Fig. 78 Profil du 9 juillet effectué à travers le panache au large de Port Saïd ............. 78 Fig. 79 Profil du 9 juillet effectué à travers le panache au large de Tripoli................. 78 Fig. 80 Image SeaWiFS du 29 juillet 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 79 Fig. 81 Profil du 29 juillet effectué à travers le panache au large de Port Saïd ........... 79 Fig. 82 Profil du 29 juillet effectué à travers le panache au large de Gaza ................. 79 Fig. 83 Profil du 29 juillet effectué à travers le panache au large de Beyrouth........... 80 Fig. 84 Image SeaWiFS du 1 août 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 80 Fig. 85 Profil du 1 août effectué à travers le panache au large de Tel Aviv................ 81 Fig. 86 Profil du 1 août effectué à travers le panache au large dHaifa....................... 81 Fig. 87 Profil du 1 août effectué à travers le panache à lembouchure du Litani ........ 81 Fig. 88 Image SeaWiFS du 10 août 2001, L WN affichage des bandes 432 avec égalisation dhistogramme et stations de mesure................................................. 82 Fig. 89 Profil du 10 août effectué à travers le panache au large de port Saïd.............. 82 Fig. 90 Profil du 10 août effectué à travers le panache au large de Gaza sud ............. 82 Fig. 91 Profil du 10 août effectué à travers le panache au large de Gaza nord............ 83 Liste des tableaux Tableau 1 Bandes de SeaWiFS avec leurs utilités. ...................................................... 12 Tableau 2 : Potential Environmental Stresses on Water Resources (extrait de Lebanon State of the Environment Report, Ministry of Environment) .............................. 28 Tableau 3 : Localisation dégouts au large de villes moyennement à densément peuplées (Weber et al., 2004). ............................................................................. 29

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Résumé Dimportants panaches chlorophylliens (longs de 100 km) ont été observés dans le bassin Levantin de la mer Méditerranée. Nous avons suivi ces formations kilométriques à laide dune série dimages satellitaires SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensorcourant de lété, période pendant laquelle ils) en 2001, dans le sont le plus visible. Pour mieux comprendre leur fonctionnement, nous avons rassemblé un maximum dimages pour les mois de juin, juillet et août, leur nombre dépendant des conditions atmosphériques ainsi que de la trajectoire du satellite. Le traitement de sept images dexcellente qualité pour le mois de juin permet le meilleur suivi des panaches. Malheureusement, les mois de juillet et daoût nont pas fourni daussi bons résultats. Les images satellitaires montrent les apports considérables et ininterrompus du Nil le long de la côte égyptienne ainsi que dimportants panaches chlorophylliens, chacun dentre eux enraciné à la côte. Ces panaches ont été observés avec récurrence au large de villes moyennement à densément peuplées ainsi quà lembouchure de rivières pérennes, le long de la bande de Gaza, Tel Aviv, Haïfa, Tyr et Sidon. Des eaux turbides de la côte égyptienne, se distinguent également deux panaches au large des villes dAlexandrie et de Port Saïd. Les apports du Nil sont entraînés par le courant dominant NE, favorisé par un large plateau continental, et se répandent en direction du nord. Tant par leur signature spectrale ou lanalyse de leur chromaticité, les eaux montrent, en direction du nord une diminution de concentration en sédiments, chlorophylle et/ou en matière organique, indiquant peut-être la limite septentrionale de linfluence du Nil. Il semblerait que lalimentation de certains de ces panaches se fasse de manière cyclique, avec un approvisionnement important durant trois ou quatre jours, puis une trêve de quelques jours. Une dizaine de jours est nécessaire pour que les panaches se dissolvent complètement. Afin de déterminer leur source, nous avons effectué une analyse spectrale des luminances normalisées de leau (L WN ) ainsi que de la concentration en chlorophylle, sur les différents panaches. Selon Karabashev et al. (2002), le mélange des eaux côtières avec celles du large peut être mis en évidence par ce type danalyse. Nous avons ensuite comparé ces images à celles de température deau de surface (SST). Les panaches se juxtaposent à des zones deau chaude. Cette observation exclut donc une origine naturelle des apports en nutriments par la remontée deaux froides et profondes (upwellings). Bien que la source en nutriment semble être la dérive côtière en direction du nord des apports du Nil combinés au déversement des eaux usées des villes de la côte israélo- libanaise, un mécanisme de transport perpendiculaire à la côte doit être envisagé afin dexpliquer la diffusion des panaches en direction du large.

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Abstract Large, high chlorophyll plumes are visible on satellite imagery in the eastern Mediterranean Sea. We attempt to follow the development of these large-scale features through a time-series of SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor) satellite images, and to track their origin using Normalized Water Leaving Radiance spectra (L WN ). Up to fifteen SeaWiFS images have been ordered for each month from the beginning of June till the end of September 2001. Using the SEADAS software scenes with sufficiently low cloud cover were processed to retrieve the concentration of chlorophyll-aand the normalized water-leaving radiance (L WN ) for 8 visible and near- IR SeaWiFS channels. Along the Egyptian coast, a large and permanent Nile influence on water colour is visible on satellite imagery. On the Israeli Lebanon coast, large scale plumes have been observed off populated cities or at perennial rivers mouth. These plumes are perpendicular to the coast and are localised with recurrence off Gaza strip, Tel Aviv, Haifa, Tyre and Sidon. Nile sedimentary contribution is distributed to the north by the dominant NE current of the Levantine basin. Based on spectral and chromaticity analyses, northern waters show a decrease in suspended matter, dissolved organic carbon and chlorophyll concentration, possibly marking the northern limit of the influence of the Nile. In order to determine the sources of the plumes, nine-layer stacks were created for each date with ERDAS software, enabling us to compute spectral profiles inside as well as outside the high-chlorophyll plumes. Following an approach similar to that of Karabashev, the mixing between the coastal and open sea waters has been highlighted by these analyses. Then, the images have been compared to Sea Suface Temperature (SST) images. The plumes show a similarity in their shape, with warm anomalies corresponding to high chlorophyll concentration. The coincidence of colour and warm thermal plumes precludes an input of nutriments by cold upwellings, pointing instead towards land-derived sources. The major input is the Egyptian Nile river/sewer/agricultural runoff system, which is distributed to some extent northwards by the prevailing currents, with additional sources from cities such as Tel Aviv and Haifa or perennial rivers. The large extent and quasi-persistence of these colour features can be explained by the strong buoyancy of the warm, fresh water river and sewer inputs. These are distributed offshore from the margin of the northward current by eddies influenced by the irregular topography of the continental shelf. 

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