Characterization of the biogeochemical dynamics of Brazilian marine waters through the analysis of ocean color satellite archives

Caractérisation de la dynamique biogéochimique des eaux marines brésiliennes via l’analyse des archives satellites « couleur de l’eau » Les zones côtières sont des environnements dynamiques où interagissent des processus naturels et des activités humaines à différentes échelles spatiales et temporelles. Malgré leur importance écologique et socio-économique, l'analyse à long terme de la variabilité biogéochimique côtière reste limitée dans de nombreuses régions, en particulier dans les eaux côtières optiquement complexes. Cette thèse de doctorat étudie la variabilité spatio-temporelle et l'évolution à long terme des propriétés biogéochimiques le long de la marge brésilienne à partir d'observations satellitaires de couleur de l'océan. L'étude repose sur plus de vingt ans (2002-2022) de données MODIS-Aqua à 1 km de résolution, traitées à l'aide de la correction atmosphérique OC-SMART. Afin de prendre en compte la forte hétérogénéité optique des eaux côtières brésiliennes, les restitutions de la chlorophylle-a (Chl-a), des matières en suspension (SPM) et du carbone organique particulaire (POC) s'appuient sur des approches fondées sur les types optiques de masses d'eau (OWTs), incluant le développement d'algorithmes spécifiques pour la SPM et le POC dans le cadre de cette thèse. La variabilité et les tendances à long terme sont analysées à l'aide de méthodes statistiques robustes combinant la décomposition Census X-11, le test saisonnier de Mann-Kendall et des modèles additifs généralisés (GAMs). À l'échelle nationale, les résultats mettent en évidence une forte hétérogénéité spatiale des trajectoires biogéochimiques côtières, dominées par une variabilité saisonnière et interannuelle liée aux forçages hydro-climatiques et aux apports fluviaux. L'analyse des tendances révèle des hotspots côtiers contrastés, caractérisés par des dynamiques de stabilité, de variabilité ou de changement soutenu sur les deux dernières décennies. La comparaison avec les produits multi-capteurs montre que MODIS-Aqua, lorsqu'il est traité avec des approches adaptées, offre une représentation plus cohérente et robuste des eaux côtières fortement turbides. Deux études de cas régionales permettent d'évaluer le rôle relatif des pressions anthropiques et des forçages naturels. Dans le sud-est du Brésil, le développement du complexe industrialo-portuaire d'Açu est associé à une augmentation durable et spatialement localisée des concentrations de SPM, en lien avec les activités de dragage et d'expansion portuaire. Sur la côte équatoriale amazonienne du Maranhão, les augmentations à long terme de la SPM et de la Chl-a sont fortement liées aux changements d'usage des sols, notamment à la déforestation et à l'expansion des pâturages, indiquant un contrôle anthropique dominant sur l'évolution biogéochimique côtière. Cette thèse démontre ainsi l'intérêt d'un cadre intégré combinant observations satellitaires de long terme, modélisation bio-optique fondée sur les OWTs et analyses robustes de séries temporelles pour le suivi et l'attribution des changements biogéochimiques côtiers. Elle apporte de nouveaux éléments sur le fonctionnement des eaux côtières brésiliennes et souligne le potentiel de la couleur de l'océan satellitaire pour soutenir l'évaluation environnementale et la gestion des zones côtières.