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Mettre au point de nouveaux outils pour surveiller la qualité des eaux intérieures du Canada |
| Par: Liaison S-T, et Caren Binding Michael Forbes |
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Le problème
Le maintien de la qualité des eaux intérieures est essentiel pour la santé environnementale et humaine, et nécessaire à la force de l'économie canadienne fondée sur les ressources naturelles. Environnement Canada maintient un réseau de stations de surveillance au sol depuis le début des années 1970 afin de rester informé quant à l’état de la qualité de l'eau au Canada, mais l'image fournie par cette approche de surveillance est souvent incomplète.
Les conditions météorologiques, les cycles climatiques et d'autres facteurs de stress d'origine naturelle nuisent à la qualité de l'eau, de même que les facteurs de stress d'origine humaine, tels que les sources ponctuelles et non ponctuelles de contaminants et les charges en éléments nutritifs. Les problèmes de qualité de l'eau qui en résultent se manifestent souvent sous forme de mauvaise clarté de l'eau, d'eutrophisation et de prolifération d'algues nocives.
Le réseau au sol d'Environnement Canada fournit une foule de données afin de permettre aux scientifiques et aux gestionnaires de ressources d'établir des conditions de la qualité de l'eau de référence, de déterminer les tendances spatiales et temporelles, d'assurer la conformité quant aux directives établies sur la qualité de l'eau, de détecter les nouveaux problèmes concernant la qualité de l'eau et de mesurer la réponse quant aux mesures correctives et aux décisions en matière de réglementation. Cependant, en raison de l'importance de la couverture requise, de l'inaccessibilité aux étendues de terrain, et des contraintes budgétaires et d'ordre logistique, ce type de surveillance ne peut pas fournir tous les renseignements nécessaires à une prise de décision éclairée.
À la recherche de solutions grâce à la science et aux technologies
Les satellites d'observation de la Terre constituent un ajout logique à un réseau de stations de surveillance au sol de la qualité de l'eau, car ils permettent une couverture régulière à haute résolution qui fournit des preuves indiscutables de la situation actuelle et des tendances qui peuvent être vérifiées seulement grâce à l'estimation par balayage sous angle constant. Avec le soutien de l’Agence spatiale canadienne, les chercheurs du Groupe Optique aquatique et télédétection travaillent au développement de cette capacité au sein d'Environnement Canada.
Tirer des renseignements sur la qualité des eaux intérieures à partir de la télédétection des eaux intérieures exige des connaissances détaillées sur les propriétés optiques des eaux à l'étude, des solutions exactes quant à la théorie sur le transfert radiatif aquatique et la capacité à différencier la contribution du signal de télédétection de l’atmosphère.
Les chercheurs ont utilisé des données provenant des capteurs satellisés multispectraux, comme le spectroradiomètre imageur à résolution modérée (MODIS), l’instrument à grand champ pour l’observation des mers (SeaWiFS), le balayeur couleur de zone côtière (CZCS), et le spectromètre imageur à résolution moyenne (MERIS), dans des études approfondies des Grands Lacs laurentiens, du lac Winnipeg, du lac des Bois, et récemment, du fleuve Saint-Laurent. Des cartes sur la clarté de l'eau, les particules en suspension et la prolifération d'algues sont produites par l'entremise d’un ensemble de méthodes empiriques de modélisation inverse et de statistiques multidimensionnelles. Ces produits sont utilisés conjointement avec des activités traditionnelles de surveillance de la qualité de l'eau dans le but de fournir un aperçu des domaines de recherches environnementales réalisées dans des échelles que l’on ne peut obtenir par des approches conventionnelles au sol. La technologie et les méthodologies sont maintenant en place à Environnement Canada afin de faire l’acquisition et le traitement de données de télédétection des couleurs de l’eau pour les eaux intérieures canadiennes en temps quasi réel, en vue de produire des instantanés quotidiens des conditions des eaux intérieures sur une base routinière pleinement automatisée. L'élaboration continue de cette installation vise à rendre ces produits facilement accessibles aux utilisateurs par l’entremise du site Web.
La recherche actuelle améliore la capacité à surveiller l'apparition et l'évolution de la prolifération d'algues nocives et d'établir un lien entre l'évolution de la prolifération d'algues et les processus biooptiques et physiques qui se produisent dans le plan d'eau et ses environs. Les analyses synoptiques de série chronologique sur la prolifération d'algues dans les eaux intérieures, comme on peut le constater à partir de l'espace, ont joué un rôle clé dans la description de la dynamique de la prolifération d'algues dans le lac des Bois, pour ne donner qu'un exemple (figure 1).
Figure 1 : Évolution d'une prolifération de cyanobactérie en surface dans le lac des Bois observée par le capteur de couleur de l'eau MERIS, septembre 2009.
Comment cela fonctionne-t-il?
La qualité de l'eau est déterminée selon ses propriétés physiques, chimiques et biologiques, des composantes qui interagissent avec le champ lumineux environnant entraînant des changements perceptibles dans la couleur de l'eau. La variation spectrale du rayonnement visible émanant d'un plan d'eau, comme on peut le constater à partir d'une plateforme éloignée, comme un aéronef ou un capteur satellisé, fournit des renseignements adéquats pour détecter la présence de paramètres de la qualité de l'eau produisant une coloration, comme les pigments phytoplanctoniques, les particules minérales en suspension et les matières organiques dissoutes. Par conséquent, les observations par satellite de la couleur de l'eau, comme celles de la figure 2, peuvent être interprétées pour ce qui est des changements dans la qualité de l’eau, illustrant les variabilités saisonnières et interannuelles d’épisodes d’eaux brillantes, comme les efflorescences importantes de phytoplanctons et la remise en suspension des sédiments du fond.
Figure 2 : Image composée en couleur naturelle par MODIS et nombre total de matières en suspension dans le lac Érié.
Passer de la connaissance aux actes
Qui peut utiliser ces résultats?
La recherche effectuée à l'Institut national de recherche sur les eaux d'Environnement Canada fournit des preuves claires que les techniques de télédétection peuvent produire des outils utiles pour les spécialistes de l'environnement et pour les utilisateurs scientifiques travaillant dans l'intendance environnementale, l'élaboration de politiques, la gestion des ressources, l'éducation et le secteur privé. Les données radar satellitaires provenant de produits permettant d’évaluer la qualité de l’eau produites par le Groupe Optique aquatique et télédétection permettent l'augmentation de l'ampleur et de la rentabilité des activités de surveillance, améliorant ainsi la possibilité de signes avantcoureurs relativement aux effets négatifs sur l'écosystème. Cela entraîne de nombreuses répercussions sur la surveillance efficace et cohérente généralisée des questions relatives à la qualité de l’eau récurrentes et tournant sur les événements.
Avantages pour les Canadiens
Une eau potable saine, la protection des plages et des eaux utilisées à des fins récréatives, la saine gestion de l’eau utilisée à des fins domestiques, industrielles et agricoles, et la conservation de la santé de l'écosystème sont toutes d'une valeur considérable pour les Canadiens. Les vues synoptiques en temps quasi réel de la qualité des eaux intérieures sont importantes aux yeux des organismes qui jouent un rôle dans la prestation de ces observations aux Canadiens : par exemple, des organismes chargés des normes pour l'eau potable, le tourisme et les loisirs, et l'utilisation de l'eau à des fins industrielles, y compris les ministères fédéraux et provinciaux, les offices de protection de la nature et les installations de traitement des eaux usées municipales.
Les Canadiens bénéficient également d'une législation et d'une réglementation efficaces visant la protection des ressources en eau. Les outils de télédétection contribuent à l'exécution de plusieurs obligations fédérales et internationales, y compris la Loi sur les ressources en eau du Canada et l'Accord CanadaÉtatsUnis relatif à la qualité de l'eau dans les Grands Lacs.
Complément d'information
Produits de télédétection pour les eaux intérieures
Binding, C.E., T.A. Greenberg, J.H. Jerome, R.P. Bukata et G. Letourneau. 2010. Une évaluation des produits des algues du MERIS pendant l'efflorescence importante dans le lac des Bois. Journal of Plankton Research, doi: 10.1093/plankt/fbq133
Binding, C.E., J.H. Jerome, R.P. Bukata et W.G. Booty. 2010. Matières en suspension dans le lac Érié issues de l’imagerie de la couleur de l’eau du MODIS. International Journal of Remote Sensing 31(9), DOI:10.1080/01431160903302973.
Binding, C.E., J.H. Jerome, W.G. Booty et R.P. Bukata. 2008. Propriétés d'absorption spectrales des matières dissoutes et particulaires dans le lac Érié. Remote Sensing of Environment 112: 1702-1711.
Binding, C.E., J.H. Jerome, R.P. Bukata et W.G. Booty. 2007. Tendances relatives à la clarté de l'eau des Grands Lacs selon la couleur de l'eau du SeaWiFS et du CZCS. Journal of Great Lakes Research 33(4): 828-841.
Division de la liaison en S-T | Tél 905 315 5228 | Télécopieur 905 336 4420
www.ec.gc.ca/scitech/S-TauservicedesCanadiens
© Sa majesté la Reine du chef du Canada, représentée par le Ministre de l'environnement, 2011.
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