Un outil puissant permet d’évaluer les hauteurs d’eau en eaux peu profondes depuis l’espace
La compréhension de la bathymétrie et de la morphologie des eaux peu profondes de nos mers est essentielle pour la gestion des zones marines et côtières. Ces connaissances sont cruciales pour des activités telles que l’établissement de rapports dans le cadre de la directive Stratégie pour le Milieu Marin de la CE, l’ingénierie côtière et les activités de planification, qui font toutes partie intégrante de l’économie bleue. Les données numériques sur les caractéristiques des fonds marins facilitent grandement les opérations telles que le dragage en eaux peu profondes, la récupération du sable et la navigation. En outre, la zone euphotique de ces eaux, qui abrite des habitats essentiels, joue un rôle important dans la biodiversité, le stockage du carbone et la protection des côtes. La cartographie et la surveillance de ces milieux reposent actuellement sur des études coûteuses réalisées par bateau ou par avion, sur des transects de plongée ou sur des caméra d’inspection sous-marine. Toutefois, ces méthodes sont limitées par des contraintes budgétaires et ne permettent pas d’assurer un suivi continu et objectif.
Une nouvelle ère pour la collecte de données aquatiques
«Nous sommes convaincus que les capacités satellitaires modernes et l’analyse des données aquatiques d’observation de la Terre (OT) pourraient améliorer considérablement notre approche actuelle de la collecte d’informations sur la morphologie et les habitats des eaux peu profondes», note Kim Knauer, coordinateur du projet 4S financé par l’UE. Des partenaires de sept pays ont collaboré, notamment EOMAP, Fugro, le Conseil national de la recherche d’Italie, Poseidon System, le conseil du comté de Västerbotten, le bureau hydrographique portugais, Maritime Software Solutions et Smith Warner International. «Les données de la mission SENTINEL-2 du programme Copernicus, les avancées récentes en matière de modélisation physique de l’OT aquatique, l’apprentissage automatique et les nouveaux centres d’archivage et de traitement des données d’OT constituent le cœur de notre nouvelle solution», ajoute Kim Knauer. «Notre équipe au sein d’EOMAP a déjà cartographié une partie des habitats des fonds marins de la Baltique allemande et de la Grande Barrière de Corail australienne. Cependant, nous devons encore améliorer la précision des algorithmes, réduire l’interprétation manuelle, générer des solutions logicielles opérationnelles et intégrer les mégadonnées issues des missions actuelles d’observation de la Terre.»
Des technologies pour une cartographie précise de l’habitat des fonds marins
Le projet 4S visait à transformer la cartographie de l’habitat des fonds océaniques en apportant un niveau plus élevé d’automatisation et de normalisation. «La solution 4S est un logiciel convivial basé sur le cloud qui permet aux utilisateurs de cartographier et de surveiller les eaux côtières peu profondes depuis leur bureau. Il est important de noter qu’elle peut être intégrée aux flux de travail existants de manière totalement transparente», souligne Kim Knauer. Une première étape cruciale a été l’approche de sélection des images qui a impliqué un processeur d’intelligence artificielle pour prédire automatiquement l’utilisabilité des données d’images satellitaires en fonction de la couverture nuageuse, du reflet du soleil et de la turbidité. L’inversion de l’équation de transfert de rayonnement - qui est le concept analytique permettant de calculer les informations de profondeur - est directement couplée à l’imagerie satellite sélectionnée et installée dans un environnement en nuage. De cette manière, la solution est évolutive et plusieurs centaines de processus peuvent être exécutés simultanément. Les algorithmes minimisent également les distorsions du signal dues à l’eau et à l’atmosphère, ce qui permet d’obtenir un produit au pouvoirs réfléchissants standardisé qui représente avec précision le fond océanique. En outre, les données bathymétriques du système laser de localisation ATLAS d’ICESat-2 ont été fusionnées avec les informations multispectrales de Copernicus. Cette intégration a permis d’obtenir des cartes plus précises et de réduire considérablement les incertitudes liées aux produits. En fin de compte, l’équipe a combiné l’imagerie haute résolution des drones avec les données satellitaires, alliant la précision à l’échelle centimétrique des premiers et les informations multispectrales des seconds. Cela a abouti à des cartes très détaillées et précises.
Impact du projet
«Nous avons développé avec succès des routines automatiques pour générer des données bathymétriques ponctuelles à partir du système laser de localisation vert actif installé à bord du satellite ICESat-2. Notre application web SDB-Online génère ainsi des grilles bathymétriques denses pour les eaux peu profondes à l’aide d’une bathymétrie satellitaire reposant sur la physique», souligne Kim Knauer. «Cette application web s’intègre de manière transparente aux applications de nos partenaires de projet et des utilisateurs tiers par le biais d’interfaces de programmation d’applications. Au cours du projet, SDB-Online a été relancé pour inclure de nouvelles fonctionnalités telles qu’une option d’étalonnage/validation avec des données de terrain auto-sourcées.» Les résultats détaillés de l’analyse de validation ont été publiés dans la revue à comité de lecture «International Hydrographic Review». Chaque partenaire de cas d’utilisation a effectué des analyses supplémentaires en utilisant ses propres données et les résultats de SDB-Online. Dans l’ensemble, les réactions ont été positives. Cependant, des difficultés sont apparues dans les zones très turbides, où la sélection manuelle des scènes est cruciale pour obtenir une bathymétrie satisfaisante. Les résultats du projet ont été diffusés lors de plusieurs ateliers et présentations, y compris à l’occasion des SDB Days organisés par EOMAP en 2021 et 2022.
Mots‑clés
4S, satellite, fonds océaniques, habitat, aquatique, eaux peu profondes, drone, observation de la Terre
