Surveillance de l'assainissement de sites contaminés

H.Peter White, Centre canadien de télédétection, Ressources naturelles Canada.

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Figure 1: Surveillance de la remise en végétation d’un parc de résidus miniers au moyen de la télédétection hyperspectrale. Emplacement du site d’étude: Sudbury, en Ontario, avec un cube de données CASI acquises en 1996 et des cartes de remise en état illustrant l’évolution de la réhabilitation entre 1996 et 1998. Les cartes ont été obtenues au moyen d’une méthode de démixage spectral. Les niveaux d’abondance vont de 0 en bleu à 1 en rouge.

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Cette illustration est divisée en trois sous-produits. Le premier montre l’emplacement du site d’étude qui est situé dans la région de Sudbury en Ontario. Le second est constitué d’un cube d’image hyperspectrale produit à l’aide du système CASI. Sur ce produit, il y a trois graphiques dont l’objectif est d’illustrer les profils de réflectance de diverses couverture du sol. Ainsi, la chaux vive à une réflectance assez uniforme dans la partie visible et infrarouge du spectre, alors que les résidus miniers ont une distribution de réflectance en forme de cloche et, finalement, la végétation a une réflectance faible dans le visible mais très forte dans l’infrarouge.

Le troisième sous produit est une carte montrant le suivi de la remise en état, tel que décrit dans le texte. L’utilisation des images hyperspectrales a permis d’identifier les sites de résidus oxydés, les sites de végétation, et les sites où il y a présence de chaux vive au sol. Le suivi de la remise en état a pu être suivi à partir de deux images hyperspectrales acquises en août 1996 et en août1998. L’objectif du produit est de démontrer que l’on peut suivre la progression de la remise en état de sites miniers à partir de l’imagerie hyperspectrale.

 
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Figure 2: Distinction entre les résidus miniers duranium et de cuivre : Images de la fraction des composantes spectrales des résidus d'uranium et de cuivre. Les valeurs élevées sont en blanc, alors que les valeurs nulles sont en noir. On peut observer dans les deux composantes spectrales une forte bande d'absorption des oxydes de fer située entre 850 et 1 000 nm.

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Figure 2

Cette illustration s’intéresse à la distinction des sites de résidus d’uranium et de cuivre et porte le nom "d’image des fractions". L’illustration est divisée en trois sous-produits. Le premier montre l’emplacement détaillé du site d’étude à Sudbury en Ontario. On y localise un site de résidus d’uranium et un site de résidus de cuivre. L’analyse d’images hyperspectrales de chacun de ces sites permet d’obtenir le profil de réflectance de chacun des sites à travers le spectre des longueurs d’ondes entre 400 nanomètres et 2200 nanomètres. L’objectif de l’iIlustration est de montrer que ces résidus ont des profils spectraux différents et qu’il est ainsi possible de les dissocier et d’en faire une cartographie à partir de la proportion (fraction) de ces deux composantes dans l’image.

 

Les sites contaminés par des déchets radioactifs, des résidus miniers ou d'autres matériaux peuvent avoir de graves incidences à la fois sur l'intégrité des écosystèmes et sur la santé humaine. À cet égard, l'assainissement vise à diminuer l'interaction entre le site contaminé et la région touchée. Les incidences économiques de ces sites sont également très pertinentes. Alors que des politiques et des règlements sont en place pour gérer ce problème, chaque site possède des caractéristiques uniques et, par conséquent, exige un traitement particulier pour sa remise en état. La gestion générale du site (caractérisation, évaluation, évaluation des risques, remise en état, surveillance) vise à protéger la santé humaine et l'état des écosystèmes. Il s'agit toutefois d'un problème complexe et coûteux, particulièrement dans les régions éloignées et difficiles à atteindre. Certaines techniques classiques bien établies permettent déjà de s'attaquer à ce problème (échantillonnage sur le terrain, analyses en laboratoire, collecte de données). Malheureusement, le recours à ces techniques est souvent limité par les coûts, l'emplacement et l'ampleur du problème.

La télédétection offre la possibilité d'améliorer et de compléter ces analyses. Elle donne aux responsables des travaux et aux autorités chargées de l'application des règlements une perspective régionale sur l'influence d'une source locale, ainsi qu'une méthode quantitative robuste pour faire face à ces problèmes. Elle présente des possibilités pour une contribution économique à long terme à la fois pour assurer une surveillance et prendre des mesures d'atténuation. Comme tout autre outil, la télédétection hyperspectrale ne devrait pas être utilisée seule. En effet, au moment où des interventions devraient être envisagées, la télédétection représente une méthode quantitative pour la surveillance à distance et pour une gestion efficace du point de vue économique.

Le suivi environnemental des activités de gestion de l'assainissement, étudié dans le cadre du programme hyperspectral du Centre canadien de télédétection (CCT), comprend l'évaluation de données de radiométrie spectrale imageante (imagerie hyperspectrale) permettant de caractériser, sur le plan environnemental, des sites contaminés et de fournir des techniques de surveillance de l'assainissement. Au nombre des exemples se trouvent des bassins d'accumulation de résidus miniers et les sites d'enfouissement qui leur sont associés, ainsi que les mesures d'assainissement et de remise en état de ces sites.

Ainsi, dans une zone d'étude, l'imagerie hyperspectrale obtenue au moyen d'un imageur spectrographique compact aéroporté ou CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager), dans le visible et le proche infrarouge, a servi à caractériser les résidus miniers sulfurés au bassin d'accumulation de résidus de Copper Cliff, à Sudbury. Dans d'autres sites à l'étude, la répartition des résidus miniers résultant de l'exploitation de l'uranium au Canada a été détectée et cartographiée, afin de surveiller la répartition des sources possibles de contamination radioactive, à l'appui de l'assainissement des sites.

Justification

Le suivi environnemental des activités de gestion de l'assainissement, étudié dans le cadre du programme hyperspectral du Centre canadien de télédétection, comprend l'évaluation de données de radiométrie spectrale imageante (imagerie hyperspectrale) permettant de caractériser, sur le plan environnemental, des sites contaminés et de fournir des techniques de surveillance de l'assainissement. Au nombre des exemples se trouvent des bassins d'accumulation de résidus miniers et les sites d'enfouissement qui leur sont associés, ainsi que les mesures d'assainissement et de remise en état de ces sites.

Progrès

Dans le cadre d'un projet de recherche, mis de l'avant avec des collaborateurs tels que INCO et la ville du Grand Sudbury, l'imagerie hyperspectrale obtenue à l'aide des capteurs CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager) et Hyperion (à bord du satellite EO-1) dans le visible et le proche infrarouge a servi à caractériser les résidus miniers sulfurés au bassin d'accumulation de Copper Cliff, à Sudbury. Le choix s'est arrêté sur ce site principalement pour suivre les résultats du programme de revégétation mis en œuvre dans la région touchée. Les jeux de données d'images des sites étudiés ont été traités et analysés au moyen du système ISDAS (Imaging Spectrometer Data Analysis System) du CCT. Les résultats présentés démontrent que l'utilisation de ces techniques permet de cartographier de tels sites et de faire un suivi des efforts de remise en état.

Plus récemment, un représentant du CCT, travaillant dans le domaine de la radiométrie spectrale imageante, a été invité à collaborer avec l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) pour rédiger un document d'orientation sur l'utilisation des technologies de télédétection pour l'évaluation des travaux d'assainissement de sites contaminés par des déchets radioactifs. Lorsque l'élaboration de ce document sera terminée, celui-ci sera distribué à tous les pays membres (y compris le Canada), afin de soutenir la gestion de l'assainissement et la production de rapports sur l'avancement des travaux.

Références

Richter, N.; Staenz, K.; Kaufmann, H. Spectral unmixing of airborne hyperspectral data for baseline mapping of mine tailings areas. International Journal of Remote Sensing 29 (13) 2008

Shang, J.; Neville, R.; Staenz, K.; Sun, L.; Morris, B.; Howarth, P. Comparison of fully constrained and weakly constrained unmixing through mine-tailing composition mapping. Canadian Journal of Remote Sensing 34(1) 2008