Illustration - laboratoire PROTEE

protee.univ.tln.fr

Illustration - laboratoire PROTEE

Synthèse des travaux océanographiques de

Magali Touitou.

Laboratoire PROTEE


Diplômes et théorie :

Cursus

Bac scientifique, option biologie, volonté de recherche en cancérologie

D.E.U.G Sciences de la Vie et de la Terre

Licence de biologie cellulaire (Erasmus à Madrid)

Maîtrise des Sciences de l’Environnement basée sur l’océanographie

DEA Méthodes Physiques en Télédétection appartenant au Doctorat

des Sciences de l’Environnement

D.U sur le pollutions atmosphériques et aquatiques


Pratique et stage :

Cursus

Stage d’observation sur le motoneuronne

TP : chimie, biologie cellulaire et génétique, pétrologie.

Stage de maîtrise (2 mois) : étude comparative des données de vent

d’une station météorologique (Nouhadibou) et des images des capteurs

AVHRR (InfraRouge) et SeaWiFS (couleur de l’eau) du filament géant du

Cap Blanc de Mauritanie.

Stage de DEA (4 mois) : étude des structures mésoéchelles (tourbillons

cycloniques et anti-cycloniques) avec les images des capteurs SeaWiFS

et AVHRR. Analyse des vents du satellite QuickSCAT. Analyse d'une

campagne en mer effectuée du 21 février au 2 mars 2001.


Télédétection appliquée au filament géant du

Cap Blanc de Mauritanie

Phénomène étudié :

upwelling = remontée des eaux profondes, donc froides et riches en nutriments,

en surface.

phénomène d’Ekman : masse d’eau est déplacée à 90° à droite de la

direction du vent dans l’hémisphère nord sous

l’action de la force de Coriolis.


But de l’étude : découvrir l’impulsion de ce filament au cours

de cette année :

(1) le vent est-il une force conductrice à l’impulsion de ce filament ?

Si oui, à quelle échelle temporelle , c’est–à-dire sous quelle laps

de temps ? (saison ?, mois ?, semaine ?, jour?)

(2) Quelle est l’action des courants sur la taille du filament ?

Quels sont les mouvements de la circulation superficielle des

courants de cette région ? Comment se rencontrent les vents et

les courants dans la zone du Cap Blanc ? Lequel prédomine face à

l’upwelling ?


Plusieurs facteurs uniques à la zone

vents les Alizés

talus continental

circulation superficielle

Nykjaer (1984)


Circulation superficielle par Mittelstaeddt (1991)


Travail de télédétection avec les logiciels SeaDAS et ENVI :

Tri des images SeaWiFS (4/jour) et NOAA (7ou 8 /jours)

de l’année 1998. Choix des images en fonction de la

visibilité de la zone étudiée.

Correction géométriques et atmosphériques des images.

Normes internationales.

Etude des données de vent avec Matlab.


Images SeaWifs

janvier

avril

mars


Images AVHRR et SeaWIFS

mai

septembre

juin


Formation du filament géant en automne

octobre

décembre

novembre


Etude du bassin des Canaries


Données satellites SeaWifs et AVHRR.

Données hydrologiques :Campagne en mer effectuée du 21 février

au 2 mars 2001

CTD (Conductivity, Temperature, Depth)

Traitement des données brutes avec le logiciel SeaSoft

Etude hydrologique du bassin des Canaries avec Matlab.

Données de vent du satellite Quikscat

10

-3000

1

-2000

2

11

26

13

3

21

15

23 17

25

19

4

-1500

5

51

-500 -1000


Définition des différentes types de masses d’eau du bassin

Diagramme Température et Salinité

Types de masses d’eau

température Salinité

NACW 18 ºC à 9 ºC 36,7 à 35,3 psu

AAIW 8 ºC à 6 ºC 35,25 à 32,15

psu

MW 8 ºC à 6 ºC 35,6 à 35,3 psu

NADW 6 ºC à 4 ºC 35,2 à 35,1 psu

Equilibre géostrophique = équilibre entre la force de Coriolis et

la force de pression.


Sections : Température, salinité, densité et vitesses géostrophiques.


Profondeur (m) θ

Profondeur (m),gamma n

0

-200

-400

-600

-800

-1000

-1200

-1400

-1600

-1800

-2000

0

-200

-400

-600

-800

-1000

-1200

-1400

-1600

-1800

Sections : Température, salinité, densité et vitesses géostrophiques.

2 11 13 15 17 19

18

17

15

6

10

0 20 40 60 80 100

Distance(km)

14

12 11

7.5

9

5

7.5

2 11 13 15 17 19

26.6

26.8

27

27.2

27.4

27.6

27.7

27.8

27.9

-2000

0 20 40 60 80 100

Distance(km)

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

29

28.5

28

27.5

27

26.5

26

25.5

25

Profondeur (m),S

0

-200

-400

-600

-800

-1000

-1200

-1400

-1600

-1800

-2000

2 11 13 15 17 19

36.6

35.3

35.25

35.6

36.4

0 20 40 60 80 100

Distance(km)

36

35.4

35.2

35.8

35.4

35.15

36.6

36.4

36.2

36

35.8

35.6

35.4

35.2

35

34.8

34.6


Etude d’un tourbillon cyclonique

Type de tourbillon : rayon, excentricité, pertubation du champ de

température qui permette de le caractériser.

Image du 27 février

10

-3000

1

-2000

2

11

26

13

3

21

15

23 17

25

19

4

-1500

5

51

-500 -1000


Etude de la fluorescence

Rayon vue par SeaWiFS Rayon de la fluorescence à 35 m

24,5 km 26,4 km

Etude de la structure thermiqu

Anomalie verticale de

température


Description horizontale


Hypothèse de formation due au vent :

Vents contraires du 2 au 4 mars


1ère année de thèse

Comment intégrer les modèles numériques environnementaux aux

systèmes d’informations existants de façon cohérente dans le cadre de

DISMAR ?

Bibliographie générale sur les modèles numériques environnementaux

(hydrodynamique, écologie, spéciation, bioaccumulation…)

Bibliographie sur les grands projets en modélisation et en pollution

côtière passées, présents et futur au niveau régional, national et

européen.

Bibliographie sur les logiciels d’aide à la décision et les systèmes

d’informations existants. (SIG, Système expert …)

Répertoire sur les modèles numériques environnementaux regroupant

leur principales fonctions. ( environ 30 modèles …)


UML ( Unified Modelling Language) : Apprentissage d’un langage de

modélisation ou conceptualisation pour une application logiciel.

Essai de systématique des modèles hydrodynamiques (MARS 3D,

OPA-7, SYMPHONIE, SIAM-3D…) avec une application UML.

Quelques exemples de gestion d’une base de modèles et de méthodes

d’interfaçage de modèles avec UML.

Installation et première expérience avec un logiciel de mécanique des

fluides, NaSt3D.


Les modèles numériques environnementaux

Couche

euphotique Mat min

Colonne d ’eau

Sédimentation /

érosion

transport

Le cycle de la matière

Sédiment

CO2 O2

phytoplancton

photosynthèse

Bactéries

hétérotrophes

M.O

M.O diss/part

flagellés ciliés

herbivores

Carnivores


Environnement de Résolution de Problèmes

Trois sous-systèmes spécialisés :

Base de données

Base de

modèles

Système de

gestion des

connaissances

Système de

gestion des

modèles

(Guarniéri et al ., 1998)

I

H

M


Prototype exploratoire

Analyse préliminaire de besoins

Construction du prototype

Evaluation et expérimentation

Expression claire des besoins réels

Spécifications définitives

Analyse et sélection des

nouvelles fonctions

Etat non satisfaisant

Prototype exploratoire

Prototype Simusa

(Prolexia)


UML

Modélisation : produire une représentation simplifiée du

monde réel.

Unified Modeling Language (UML) = langage graphique

pour la visualisation, la spécification, la construction et la

documentation d’un système-logiciel intensif

Chemin standard pour décrire un système

Etat de l’art des langages de modélisation objet,

produit de plusieurs années de travail.

Basé sur une sémantique précise et sur une notation

graphique expressive.


Première abstraction

Une classe peut être vue comme

La description d'un groupe d'objets ayant

même structure (même ensemble d'attributs),

même comportement (mêmes opérations),

une sémantique commune.


Classe

Attributs de classe

Voiture

type : string

marque : string

couleur : string

L ’approche objet

Relation de

dépendance

« Estinstance-de

»

stéréotype

Instance

Valeurs d'attributs (État)

titine :Voiture

type =205

Peugeot

rouge


L ’approche objet

Classe Objet = instance de la classe

Modèle hydrodynamique

Entrées

Sorties

Attributs spécifiques

Calcule les vitesses

Identité

Les attributs

Les opérations

NaSt3D : Modèle hydrodynamique

Entrées

Sorties

Attributs génériques

Attributs spécifiques

Calcule les vitesses


Le cas d ’utilisation = interface homme-machine.

Interface entre les outils de modélisation, les questions posées

et les développeurs

Poséidon


Package et diagramme d’objet

: Modèle

hydrodynamique



: Modèle de transport ∗



: Modèle de spéciation

1.3

1

: Modèle de

bioaccumulation

1.3

2

: Modèle de sédimentation

2

: Modèle du cycle des éléments

1

: Modèle de dynamique

des populations

2


Une approche systématique du modèle

hydrodynamique et du modèle d’advection-diffusion

1. Les phénomènes physiques :

les ondes océaniques

la dynamique des masses d ’eau : effet due au vent et au fond :

upwelling, downwelling, tourbillons …

thermodynamique des masses d ’eau

substances transportées par l ’écoulement.

2. Les sources de forçage : circulation générale, marée, houle, vent,

apport d ’eau douce …(cond aux limites)


Une approche systématique du modèle

hydrodynamique et du modèle d’advection-diffusion

3. Les stratégies de modélisation : prise en compte d ’une surface libre,

modélisation à toit rigide, hypothèse de réduction spatiale …

4. Les hypothèses : rotondité, plans parallèles, ...

5. Les équations : Navier-Stokes

6. L ’analyse numérique : type de maille, méthode d ’intégration

numérique, résolutions, schémas de discrétisation spatiale et

temporelle.

7. Les variables issues de modèles, issues de mesures de terrain, issues

de données de service et les données d ’assimilation.


Une approche systématique du modèle

hydrodynamique et du modèle d’advection-diffusion.

8. Les objectifs

9. Les échelles : spatiales et temporelles

10. Les conditions aux limites :

en surface,

marines,

au fond ,

terrestres.

11. Les paramètres : pas de temps et d’espace.


But : logiciel intégrant les objectifs de chacun

avec les problèmes d’échelles spatiaux temporelles que cela implique

Mars 3D, Ifremer (2001)


Les systèmes d’information

ensemble de données et d'outils

permet la collecte, la gestion, et

l'analyse des données

production de données dérivées

pour prise de décision

manuel ou automatisé


Vecteur : association de coordonnées aux éléments dans un

référentiel défini :

points

lignes

Polygones

Raster : chacune des cellules élémentaires à une taille (en m) et est

associée à une position dans un référentiel défini :

images aériennes

images satellite toutes les 6 heures

modèles numériques de terrain toutes les heures


Interface Simusa (PROLEXIA)


Carte de concentration en sédiments en suspension [mg/l]

Produit dérivé de l'image SeaWiFS prise le 14 février 1998 à 12h58 UTC


Carte de concentration en sédiments en suspension [mg/l]

Produit dérivé de l'image SPOT HRV2 prise le 20 mai 1992 à 11h20 UTC


Conclusion

Apport de la télédétection :

mesure de la température superficielle et de la concentration superficielle

en chlorophylle et en MES dans les océans et dans les fleuves

avec une grande disponibilité en temps et en espace, données de vent à 10

mètres d’altitude au-dessus de la mer.

prédiction et étude descriptive de phénomènes naturels ou anthropiques :

upwelling, tourbillons, rejet de MES.

Apports des systèmes d’information géographiques :

Aide pour le stockage et la mise en relation d’informations multiples

sur un même lieu géographique.

Apports des modèles hydrodynamiques :

Prédiction et étude des mouvements des océans et des fleuves,

dispersion d’un polluant.


Perspectives

Prédiction du bouchon vaseux en baie de Seine grâce à Simusa

(Interface SiAM- D).

Etudes comparatives de données de terrain avec des données

satellites de MES sur la Seine.

Etude de la biodégradation de la matière organique et modélisation.

Couplage d’un modèle de biodégradation de la matière organique avec un

modèle hydrodynamique.

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