Monitoring of the quality of marine waters in French Guiana by remote sensing and in-situ measurements

Surveillance de la qualité des eaux marines de Guyane par télédétection et mesures in situ Les eaux marines de la Guyane française abritent des environnements et des habitats marins uniques représentant des zones de grande importance écologique, sociétale et économique. Ces régions d'interface (terre/Amazone/océan) sont vulnérables aux changements des conditions environnementales d'origine naturelle ou anthropique. La surveillance de ces eaux côtières apparaît donc comme une priorité pour soutenir le développement de politiques environnementales durables. Le manque d'observations in situ dans la zone représente cependant une limitation forte. Dans ce contexte, l'observation spatiale couleur de l'eau représente un outil précieux pour décrire de manière synoptique la variabilité biogéochimique de ces écosystèmes à des résolutions spatiales et temporelles suffisantes pour décrire également des variations locales ou épisodiques. Cependant, l'application de cet outil dans des eaux optiquement complexes telles que celles de la Guyane Française nécessite l'utilisation 1) de méthodes d'inversion adaptées pour fournir des informations précieuses sur les descripteurs biogéochimiques clés et 2) d'approches statistiques adaptées pour extraire des informations sur la dynamique spatio-temporelle des masses d'eau. Cette thèse a été construite dans ce contexte a pour objectifs principaux de 1) développer un ensemble de produits de couleur de l'océan (Chlorophylle a, Chl-a, particules en suspensions, SPM, Matière organique dissoute colorée, CDOM, Carbone organique particulaire et dissous, POC et DOC, respectivement) pour surveiller la qualité de l'eau en Guyane Française, 2) décrire la dynamique biogéochimique à l'échelle régionale afin d'évaluer l'impact des principaux forçages environnementaux et de définir les descripteurs biogéochimiques clés à surveiller à l'échelle régionale, et 3) proposer une partition des masses d'eau afin de soutenir le développement de politiques de suivi. Le chapitre 1 fournit des information sur l'état de l'art alors que le chapitre 2 présente les données et les approches statistiques utilisées dans ce doctorat. Le chapitre 3 présente les développements méthodologiques réalisés pour améliorer un ensemble d'algorithmes d'inversion à l'échelle régionale pour diverses capteurs à haute (Sentinel-2) et moyenne résolution spatiale (MERIS, Sentinel-3). Les modèles d'inversion les plus adaptés pour fournir des informations sur le phytoplancton, les matières particulaires et dissoutes ont été définis à partir d'exercices d'optimisation/validation régionaux. Un cadre général basé sur la classification optique pour combiner différents modèles afin d'estimer ce paramètre dans les eaux côtières est également proposé à l'échelle globale. Le chapitre 4 décrit la variabilité spatio-temporelle des paramètres biogéochimiques considérés via des analyses des séries temporelles réalisées sur les archives de la couleur de l'océan générées permettant notamment de caractériser l'impact de l'Amazone sur les eaux Guyanaises. Nos résultats ne montrent aucun changement significatif à long terme, à l'exception de ceux liés à la migration des bancs de vase le long de la côte. Il est également suggéré que le rapport POC/SPM pourrait être un descripteur approprié pour surveiller la qualité des eaux côtières de Guyane française. Le chapitre 5 se concentre sur la partition des masses d'eau de Guyane en considérant différentes approches (i.e., classification optique et temporelle). En particulier, une classification optique de ces masses d'eau est proposée afin de fournir une vue globale et dynamique de la distribution des masses d'eau marines de la Guyane française. Une illustration du potentiel offert par les classifications basées sur les variations temporelles est également présentée. De telles partitions des eaux de Guyane peuvent représenter un cadre pertinent pour évaluer l'état de référence, développer des programmes de surveillance in situ de ces écosystèmes et évaluer l'impact potentiel des changements environnementaux.