Cartographie et surveillance de la glace de rivière au moyen de satellites à RSO

Joost van der Sanden, Ressources naturelles Canada, Centre canadien de télédétection

Figure 1: Fleuve Mackenzie, à Inuvik (T.N-O.). Image produite le 26 mai 2008 (débâcle)

Figure 1: Fleuve Mackenzie, à Inuvik (T.N-O.). Image produite le 26 mai 2008 (débâcle)..

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La glace de rivière est un élément important de la cryosphère qui influence les processus naturels et peut faciliter ou menacer les activités humaines. Son importance dans les pays septentrionaux comme le Canada est donc considérable et variée. Par exemple, la glace de rivière :

  • affecte le régime d’écoulement hivernal des cours d’eau et nuit au fonctionnement des stations hydrométriques;
  • facilite l’aménagement des chemins saisonniers permettant l’accès à des endroits qui ne sont pas reliés à des réseaux routiers terrestres permanents, y compris des collectivités, des territoires de chasse et de pêche et des exploitations minières;
  • régit les activités de captage et d’évacuation d’eau de certaines municipalités et industries (hydroélectricité et sables bitumineux);
  • peut constituer un danger à la navigation et, plus particulièrement au printemps, peut menacer des infrastructures (p. ex. écluses, ponts, gazoducs et oléoducs) et des collectivités en provoquant des embâcles et des inondations, ce qui, à l’inverse, peut aussi être bénéfique pour les écosystèmes aquatiques;
  • affecte l’habitat de la faune et peut transformer les paysages fluviaux en les érodant;
  • influence les conditions météorologiques et, par conséquent, les prévisions météorologiques et les modèles climatiques;
  • peut servir d’indicateur de changement climatique.

Il va donc de soi que les données sur le couvert de glace de rivière peuvent appuyer diverses activités scientifiques, techniques et de gestion, y compris la modélisation hydraulique et hydrologique, la prévision des débâcles et la prise de décisions touchant, entre autres, le captage et l’évacuation d’eau, l’aménagement de chemins de glace, la gestion de la faune et l’élaboration de plans d’urgence en cas d’inondations provoquées par des embâcles. Les variables d’intérêt concernant la glace de rivière comprennent généralement les périodes d’embâcle et de débâcle, l’étendue, la nature et l’épaisseur de la glace, ainsi que l’état de cette dernière (sèche et solide ou humide et en cours de détérioration).

Il est souvent difficile de recueillir des données sur la glace de rivière en raison de conditions météorologiques défavorables, de la longueur et de l’accès restreint aux cours d’eau d’intérêt et de la nature dynamique du couvert de glace au printemps et à l’automne. Les satellites de télédétection peuvent constituer un excellent moyen de recueillir des données à jour sur le couvert de glace grâce à leur capacité de produire couramment des images de la surface terrestre de manière systématique, synoptique et répétitive. Le recours à des satellites dotés de radars à synthèse d’ouverture (RSO) plutôt qu’à des satellites optiques présente certains avantages liés à la capacité des RSO d’émettre des signaux qui pénètrent les couverts de glace et de neige secs (voir la figure 2), de détecter l’eau libre et de produire des images de jour comme de nuit et quelles que soient les conditions météorologiques.

Le fleuve Mackenzie, près d’Inuvik (T.N-O.), fait l’objet d’activités de recherche et de développement (R & D) portant sur l’utilisation de satellites à RSO pour cartographier et surveiller la glace de rivière. Ces activités sont réalisées dans le cadre d’un projet pour l’Année polaire internationale (API) en collaboration avec différents partenaires tels Environnement Canada, l’Université de l’Alberta et l’Université Simon Fraser. Le travail de R & D sur les RSO vise à appuyer un élément particulier de l’API, soit la conception d’un modèle hydraulique du delta du Mackenzie. Les données d’images de RSO utilisées à des fins de modélisation par des partenaires du projet portent notamment sur la répartition des chenaux dans le delta, la répartition des types de glace, l’emplacement des embâcles, la séquence des débâcles, ainsi que l’étendue, l’emplacement et la durée des inondations printanières. Du point de vue de la télédétection par radar, ces travaux de recherche permettent de mieux comprendre l’interaction entre la glace de rivière et les ondes radar et d’en apprendre ainsi davantage sur le potentiel des satellites à RSO pour cartographier et caractériser les couverts de glace de rivière. Les données radar disponibles comprennent des images captées par RADARSAT-1, RADARSAT-2, Envisat ASAR, ALOS PALSAR et TerraSAR-X..

Jusqu’ici, les résultats obtenus indiquent que les satellites à RSO constituent d’excellents outils pour cartographier et surveiller le couvert de glace de rivière. Le potentiel de ceux-ci à caractériser les conditions des glaces lors de la fonte printanière est démontré à l’aide de ce produit dérivé d’images RADARSAT-1 (Figure 3). Ce produit, aussi disponible en format SIG, représente 1 des 11 cartes produites pour la fonte printanière des glaces en 2008. L’approche utilisée pour produire ces cartes est basée sur la connaissance du processus de fonte des glaces par un expert et par l’utilisation de l’information du signal de rétrodiffusion radar telle l’intensité et la variabilité spatiale. La capacité des satellites à RSO de deuxième génération (p. ex. RADARSAT-2, ALOS PALSAR, TerraSAR-X) de capter simultanément des images selon diverses polarisations accroît considérablement leur potentiel, surtout en matière de caractérisation du couvert de glace hivernale. L’interprétation d’images radar polarimétriques est complexifiée par les défis posés par la collecte de données in situ. Le processus de R & D est en cours pour ce dernier aspect.

fig a and b. Description de l'image suit dans le texte.

Figure 2(a-b). Sous-ensembles d’images du fleuve Mackenzie, près d’Inuvik (T.N‑O.), au Canada :
(a) composé en couleur naturelle, images Landsat-TM, produit le 25 mars 2009,
(b) composé d’images de multipolarisation de RADARSAT-2 produit le 8 mars 2009. Le composé d’images de RADARSAT-2 présente de nombreux éléments du couvert de glace invisibles sur celui de Landsat-TM ou à l’œil nu.
REMARQUE : Données et produits de RADARSAT-2 © MacDONALD, DETTWILER AND ASSOCIATES LTD. 2009 – tous droits réservés; RADARSAT est une maque officielle de l’Agence spatiale canadienne.

Figure 3. Description de l'image suit dans le texte.

Figure 3: Delta du fleuve Mackenzie, Territoires du Nord-Ouest, Canada. Condition du couvert de glace pour le 26 Mai 2008, 09:27 HAR(UTC-6)

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