Collections de documents électroniques
RECHERCHER

Télédétection de la matière en suspension dans l'estuaire du Saint-Laurent

Mohammadpour, Gholamreza (2016). Télédétection de la matière en suspension dans l'estuaire du Saint-Laurent. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 197 p.

[img]
Prévisualisation
PDF
Télécharger (2MB) | Prévisualisation

Résumé

RÉSUMÉ: Les zones côtières et estuariennes jouent un rôle clé dans les processus biogéochimiques comme les échanges de gaz à effet de serre à l'interface air-mer, la photosynthèse et la régénération des nutriments. Tous ces processus sont liés à la dynamique des matières particules en suspension (MPS). L’estuaire du Saint-Laurent (ESL) est un des plus grands estuaires du monde. On y retrouve un important mélange de propriétés chimiques et optiques résultant de la combinaison des eaux douces en provenance du fleuve St-Laurent (FSL) et des eaux marines du golfe du Saint-Laurent (GSL). L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer, développer et valider différents modèles de télédétection optique pour estimer la concentration de MPS dans les eaux de l’ESL. Cette thèse présente en plus deux objectifs secondaires. Premièrement, caractériser, pour la zone étudiée, les distributions de tailles de la MPS, puis déterminer les propriétés optiques massiques spécifiques de la matière en suspension. Avec ces données certains proxys sont proposés pour étudier les attributs de deuxième ordre de la MPS. Deuxièmement, une revue des effets thermiques induits par la présence des MPS dans les eaux océaniques et littorales est réalisée. Cette synthèse incorpore une analyse des changements potentiels que pourraient subir certaines variables climatiques dues aux variations de chaleur associé à la distribution et à la nature des particules. Le premier chapitre résume les concepts relatifs à l’optique marine et la télédétection de la couleur des océans dans les eaux estuariennes et côtières. Le deuxième chapitre présente une relation biogéo-optique pour cartographier les distributions CMPS dans l'estuaire supérieur du Saint-Laurent basé sur des mesures satellitaires de couleur de l’océan à moyenne résolution spatiale. Enfin, l’influence de la composition chimique des particules sur la télédétection des CMPS est investiguée et une série de nouveaux paramètres sont présentés pour estimer le contenu organique des MPS dans l’ESL. Le troisième chapitre traite de la caractérisation des propriétés optiques de la MPS ayant différentes compositions chimiques et tailles dans les eaux de l’ESL. Dans ce chapitre, l’effet de la composition et des tailles sur les propriétés optiques inhérentes des particules et leurs effets sur les signaux optiques détectés par des capteurs optiques sont étudiés. Le quatrième chapitre propose une revue du rôle des particules dans la modulation de la variabilité spatiale de la température de l’eau, des flux de chaleur à l’interface air-mer et des variables météorologiques locales. La contribution de la MPS et celle de la matière organique dissoute chromophorique (MODC) dans le budget de chaleur dans les eaux côtières et océaniques sont examinées. De plus, le rôle du flux de chaleur induit par les particules dans l’altération des processus de formation de nuage et de précipitations et la dynamique des banquises est analysé. En conclusion, pour l’ESL, les résultats obtenus dans cette thèse montrent que la concentration et la composition chimique des MPS peuvent être estimées à partir de méthode de télédétection optique avec une exactitude acceptable (c.-à-d.. une erreur d’environ 30 %). L’approche proposée devrait être valide dans d’autres environnements littoraux ayant des propriétés biogéooptiques comparables à celles mesurées dans la région d’étude. Il a été démontré que des changements dans la composition chimique des particules peuvent constituer une importante source de variabilité dans l'évaluation des CMPS estimée par télédétection dans la région d’étude. Finalement, la discussion du chapitre 3 a révélé une importance comparable de l’effet des particules en suspension et des matières dissoutes sur la température de l’eau et la variabilité des flux de chaleur dans les eaux côtières. -- Mot(s) clé(s) en français : matières particulaires en suspension, distribution de tailles des particules, composition des particules, matière organique dissoute colorée, propriétés optiques inhérentes, télédétection, flux de chaleur, température de l’eau surface, variabilité du climat. -- ABSTRACT: Estuarine and coastal zones play a key role in biogeochemical processes such as air-water exchange of greenhouse gases, photosynthesis and regeneration of nutrients. All these processes are linked to dynamics of suspended particulate matter (SPM). The St. Lawrence Estuary (SLE) is one of the largest estuaries in the world where a major mixing of chemical and optical properties occurs due to the exchange of water parcels derived from the St Lawrence River (SLR) and the Gulf of St. Lawrence (GSL). The primary objective of this thesis is to evaluate, develop and validate different optical remote sensing models for estimating concentration of SPM in SLE waters. In addition, this thesis has two secondary objectives: Firstly, mass-normalized optical properties of different chemical and size distribution fractions are characterized over the study area, and optical remote sensing proxies are proposed for studying second-order attributes of SPM. Secondly, a review of particle-mediated thermal effects in oceanic and littoral waters is achieved. Also, this synthesis incorporates an analysis of potential changes on climate variables due to variations on water heat content. associated to different particle distributions and nature. The first chapter summarizes the actual concepts on marine optics and remote sensing of ocean color in estuarine and coastal waters. In the second chapter, a biogeo-optical relationship is suggested to map CSPM distributions in the upper SLE and based on satellite ocean color measurements having a moderate spatial resolution. Lastly, the influence of particle chemical composition on remote sensing of CSPM was investigated, and a series of new parameterizations are shown for estimating organic content of SPM in SLE waters. The third chapter is about the characterization of optical properties of different chemical and size fractions of SPM in SLE waters. In this chapter, the effect of particle composition and size distribution on the inherent optical properties of particles and their effects on optical signals arriving to the remote sensing sensor are investigated. The fourth chapter reviews the role of particles in in modulating the spatial variability of water temperature, air-water heat fluxes and local weather variables. Here, the contribution of SPM and chromophoric dissolved organic matter (CDOM) to heat budget components in coastal and oceanic waters was examined. Also, the role of the particle – mediated heat flux in altering the behavior of cloud formation and precipitation, and the dynamics of sea ice was analyzed. In summary for the SLE, the results obtained during this thesis showed that concentration and chemical composition of SPM can be estimated based on optical remote sensing methods and with an acceptable accuracy (i.e., around 30% error). The proposed approach is expected to be valid in other littoral environments with comparable biogeo-optical properties to those typical measured over the study area. It was demonstrated that changes on particle chemical composition may be an important source of variability on remote sensing estimates of CSPM in our study area. Lastly, the discussion of chapter 3 revealed the comparable importance of particulate and dissolved matter affecting water temperature and heat flux variability in land-influenced waters. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Suspended particulate matter, particle size distribution, particle composition, CDOM, inherent optical properties, remote sensing, air-water heat flux, water surface temperature, climate variability.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Gagné, Jean-Pierre
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Montes-Hugo, Martin A. et Larouche, Pierre
Informations complémentaires: Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de Ph.D.
Mots-clés: Teledetection Optique Matiere Particulaire Suspension Modele Estuaire Saint-laurent
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 06 oct. 2017 15:56
Dernière modification: 06 oct. 2017 15:56
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1282

Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt Dernière vérification avant le dépôt