UTILISATION DE PHYSAT POUR L’AMELIORATION DU PRODUIT SEAWIFS « CONCENTRATION EN CHLOROPHYLLE A »

En attendant d’être en mesure de prendre en compte explicitement les propriétés optiques de chaque espèce, je me propose d’utiliser PHYSAT pour tenter d’améliorer, de façon empirique, la précision de la quantification de la concentration en chlorophylle a par les algorithmes classiques. Comme je l’ai expliqué précédemment, la chlorophylle a standard est habituellement estimée à partir de modèles bio-optiques basés sur des ratios de luminance marine normalisée (nLw) dans la partie bleue et verte du spectre. Cependant, la variabilité des assemblages de phytoplancton et des conditions océaniques dans l’océan global, associées à la rareté des mesures in situ, permet uniquement l’utilisation de modèles moyens qui sont supposés être adaptés à l’échelle globale. Ainsi, l’ensemble des cartes globales SeaWiFS de chlorophylle a est obtenu grâce à un seul modèle moyen appelé OC4V4, supposé adapté à l’échelle globale (O’Reilly et al. 2000). Ce modèle a été réalisé à partir d’une relation moyenne issue d’un large jeu de données de chlorophylle a et de nLw coïncidents, mesuré in situ et acquis dans des eaux variées. Cependant, la dispersion non négligeable des données de terrain autour de la relation moyenne (O’Reilly et al. 2000) montre que cette approche ne permet pas de déterminer la chlorophylle a avec une précision meilleure que 30%. La dispersion observée, pour une chlorophylle a donnée, est habituellement attribuée à l’impact optique des substances jaunes dissoutes et/ou aux caractéristiques des différents écosystèmes. Même si OC4V4 donne un résultat très satisfaisant à l’échelle globale (McClain et al. 2004), plusieurs études régionales ont mis en relief le fait que des biais significatifs peuvent exister entre l’estimation in-situ et par satellite de la chlorophylle a. Ces études ont été suivies d’adaptations de OC4V4, comme celle développée pour le cas des eaux oligotrophes de Méditerranée (Bricaud et al. 2002 ; D’Ortenzio et al. 2002) ou pour les eaux productives (Arrigo et al. 1998 ; Dierssen and Smith 2000).

Plus récemment, des modèles bio-optiques ont été développés pour tenir compte des spécificités de certains groupes de phytoplancton comme les diatomées (Cota et al. 2003 ; Sathyendranath et al. 2004), les Synechococcus (Morel et al. 1997 ) ou encore les trichodesmiums (Subramaniam et al. 2002). Toutefois, ces algorithmes spécifiques ne peuvent pas être facilement appliqués à l’échelle globale du fait de la nécessité d’une information préalable sur le groupe de phytoplancton dominant. Puisque la méthode PHYSAT apporte désormais cette connaissance, elle a été appliquée à la base de données in-situ NOMAD (Werdell and Bailey submitted) pour établir des algorithmes dépendant des groupes dominants, de types « relations OC4V4 », entre les nLw et la chl a. La base de données NOMAD a été récemment rendue disponible à la communauté scientifique, en remplacement de l’ancienne base SEABAM, afin de faciliter le développement de nouveaux algorithmes bio-optiques (http://seabass.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/nomad.cgi). Cette base est constituée de 3466 mesures in-situ et coïncidentes de nLw et de chlorophylle a acquises dans des types d’eau variés dans les océans du globe. Notons cependant que, contrairement à la base de données GeP&CO, NOMAD ne contient pas d’inventaires de pigments et ne peut donc pas être utilisée pour identifier les groupes fonctionnels de phytoplancton.

Avant d’appliquer la méthode PHYSAT à cette base de données, 942 mesures ont été éliminées en raison de l’absence d’au moins une des bandes spectrales nécessaires. 372 autres mesures ont également été retirées car elles ont été qualifiées d’eaux du cas 2 par les critères du traitement SeaWiFS, c’est à dire avec une nLw (670) supérieure à 0.0012 (Patt et al. 2003). Finalement, 101 mesures d’eau du cas 1 ont été éliminées car la chlorophylle a correspondante était supérieure à 10 mg.m-3, ce qui implique un signal spectral extrêmement plat qui ne peut être traité par la méthode PHYSAT. Notons que ce seuil sur la chlorophylle a est plus souple que celui de la méthode originale PHYSAT, qui était de 3 mg.m-3 (Alvain et al., 2005), afin d’élargir au maximum la plage de validité du modèle bio-optique à venir.L’application de PHYSAT aux 2051 mesures restantes de la base NOMAD a permis la labellisation dans l’un des quatre groupes pour 337 d’entre eux, comme le montre la figure 6.1.1. Notons que les spectres nLw* « NOMAD » ont été calculés en utilisant, pour la normalisation, une LUT adaptée, recalculée à partir de l’ensemble des 2051 données.