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modelisation et cartographie de la pollution marine .pdf



Nom original: modelisation et cartographie de la pollution marine.pdf
Titre: Modélisation et cartographie de la pollution marine et de la bathymétrie à partir de l'imagerie satellitaire
Auteur: Fouzia Bachari Houma

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Mod´
elisation et cartographie de la pollution marine et
de la bathym´
etrie `
a partir de l’imagerie satellitaire
Fouzia Bachari Houma

To cite this version:
Fouzia Bachari Houma. Mod´elisation et cartographie de la pollution marine et de la bathym´etrie
a` partir de l’imagerie satellitaire. Oc´ean, Atmosph`ere. Universit´e Paris-Est, 2009. Fran¸cais.
<NNT : 2009PEST0065>. <tel-00504378>

HAL Id: tel-00504378
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00504378
Submitted on 20 Jul 2010

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´emanant des ´etablissements d’enseignement et de
recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires
publics ou priv´es.

UNIVERSITE DU VAL DE MARNE PARIS XII FRANCE
Faculté des Lettres et Sciences humaines
Département de Géographie

Thèse
Présentée et soutenue publiquement par
Mme BACHARI HOUMA Fouzia

Le 17 Décembre 2009

Pour obtenir le grade de
Docteur de l'Université du Val de Marne Paris XII
Spécialité : Sciences de l’Univers et Environnement

Sujet de la thèse:

Modélisation et cartographie de la pollution
marine et de la bathymétrie à partir de
l'imagerie satellitaire.
Devant le jury:
M. OZER André, à l’Université de Liège,............................................. ….Président
M. BELTRANDO Gérard, Professeur, de l'Université paris7, ……….

Rapporteur.

M. GALGANI François, Directeur de recherche à IREMER/LER/PAC,........Examinateur
M. MANGIN Antoine, Directeur scientifique ACRI Sophia-Antipolis, ….. Examinateur
M.ABDELLAOUI Abdelkader, HDR à l'Université Paris XII,...... .. Directeur de thèse
M. FASETTA Gille Arnaud, Professeur à l'Université Paris XII, ..........Examinateur
M. FOUACHE Eric, Professeur à l'Université Paris X, ......................... Examinateur
1

C’est dans l’effort que l’on trouve la satisfaction et non dans la
réussite. Un plein effort est une pleine victoire.
Mohandas Karamchand Gandhi

2

Remerciements
Il m'est

tout d'abord

reconnaissance,

particulièrement agréable d'exprimer ma profonde

mes plus sincères remerciements et ma gratitude à mon

directeur de thèse Docteur Abdelkader ABDELLAOUI qui
diriger mon travail

a bien accepté

et qui n'a cessé de prodiguer ses conseils judicieux et

permanents qui m'ont été d'une aide précieuse.
Je le remercie pour ses encouragements et pour le temps précieux qu’il m’a
consacré toutes les fois que cela était nécessaire à l’Université Paris XII, sans
oublier ses interventions pour me faciliter les démarches administratives de
mon inscription. Qu’il trouve ici le témoignage de ma vive reconnaissance et
ma profonde gratitude.
J’adresse

mes plus sincères remerciements à André OZER, Professeur à

l’Université de Liège de m'avoir fait l'honneur de présider le jury de

ma

thèse. Qu'il trouve ici l'expression de ma plus profonde gratitude et mes plus
vifs remerciements.
Je tiens également à remercier très chaleureusement les membres de Jury
de cette thèse qui m’ont fait l’honneur de juger ce travail;
• Docteur François GALGANI, Professeur à l’Université de Liège d’avoir
accepté d'être Examinateur et juger ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de
mes plus vifs remerciements et sincères respects.
• Docteur Eric FOUACHE, Professeur à l'Université ParisX d’avoir accepté
juger ce travail ; je le remercie aussi pour son aide précieuse et j’exprime
mes

profonds

respects,

mes

sincères

remerciements

et

toute

ma

considération.
• Docteur Antoine MANGIN, Maître de Conférence à Sophia-Antipolis, Nice,
d’avoir accepté juger ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de mes vifs
remerciements et mes sincères respects.
• Docteur Gérard BELTRANDO, Professeur à l’Université de Paris7 d’avoir
accepté d'être Rapporteur et juger ce travail. Qu’il me soit permis de lui
exprimer mes respects les plus profonds et ma reconnaissance.
• Docteur Gille Arnaud FASETTA, Professeur à l'Université Paris XII,
d’avoir accepté juger ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de mes plus vifs
remerciements et sincères respects.

3

Je remercie vivement Docteur BACHARI Nour El Islam, Professeur en
physique de télédétection à l'Université d'Alger USTHB, de m'avoir apporté
son aide précieuse,

pour tous ses conseils, critiques et encouragements

permanents. Je le remercie de m’avoir donné la chance de collaborer pour la
réalisation du logiciel de Simulation des données Satellites et de m’avoir
fourni son logiciel de traitement d’images satellites PCSATWIN, un outil très
précieux pour mes différentes applications dans le domaine marin.
Qu'il trouve ici l'expression de ma plus profonde gratitude et ma sincère
reconnaissance.
Je tiens d'exprimer ma profonde gratitude à Docteur Ahmed Hafid
BELBACHIR, professeur à l’université d’ORAN qui n'a pas hésité à m’aider
et qui a contribué de diverses manières à la réalisation et la progression de
cette thèse. Qu’il me soit permis de lui exprimer mes sentiments de profonds
respects et ma reconnaissance.
Je tiens aussi vivement à remercier sincèrement toutes les personnes de
l'Ecole Nationale Supérieure des Sciences de la Mer et de l’Aménagement du
littoral ( Ex:ISMAL) et les collègues de l’Université d'Alger USTHB en Faculté
des Sciences Biologiques qui, de prés ou de loin, m’ont porté leur précieux
aide et

leur soutien moral durant toute la période de préparation de ce

travail.

Qu’ils trouvent ici le témoignage de ma vive reconnaissance et ma

profonde gratitude.
Je remercie également les marins et navigateurs du navire océanographique
BENYAHIA,

qui

ont

contribué

à

la

réalisation

prélèvements et pour leur patience sympathie

des

campagnes

de

et aide lors des missions

difficiles effectuées dans le cadre de cette recherche. Qu’ils trouvent ici
l’expression de mes vifs remerciements et respects.

Bachari Houma Fouzia

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Sommaire

Introduction …………………………………………………………………………………………
Chapitre I : Campagnes océanographiques et échantillonnage
1. La baie d'Alger…………………………………………………..
1.1 Présentation du site d'étude…………………………………………………………………
1.2 Facteurs hydrodynamiques.
1.3 Nature de fond – Couverture sédimentaire ……………………………………………..
1.4. Echantillonnage et localisation des stations. ………………………………………
2. La baie de Bousmail.
2.1 Description géographique et présentation du site.
2.2 Prélèvement d’eau et localisation des stations.
2.3 La baie d’El Djamila.
3. Analyse et mesure des paramètres physico-chimiques
3.1.Température.
3.1.Oxygène dissous
3.3.Potentiel d’hydrogène.
3.4. Salinité S
3.5. Conductivité électrique (C
3.6. Transparence de l’eau.
3.7. Turbidité
3.8. Matières en suspension (MES).
3.9. La Demande Chimique en Oxygène (DCO).
3.10 Matière organique particulaire (MOP).
4. Analyse des Nutriments.
5. Couleur de l’eau et paramètres biologiques.
6. Le phytoplancton Marin.
7. Télédétection et couleur de l’eau.
Chapitre II: Modélisation des mesures satellitaires
I. Modélisation de l’interaction du spectre solaire avec l’atmosphère……………………………
1 Spectre
solaire…………………………………………………………………………………….............
2 Atténuation du spectre solaire par
l’atmosphère………………………………………..………………..
2.1 Radiations solaires au sol……………………………………….………………...........
2.2. Radiation globale au à la surface…………………………
2.3 Bruit
atmosphérique…………………………………………………………………………...........
3. Modélisation du rayonnement réfléchi par le sol.
II. Détermination de la réflectance des eaux de mer par simulation des données satellites.
1.
Propriétés optiques des eaux de mer.
2.
Propriétés optiques de l’eau dans le domaine des courtes longueurs d’onde.
3. Propriétés optiques des surfaces d'eau
3.1 Substances dissoutes ou en
suspension…………………………………………………………………
3.2 Modélisation de la signature spectrale de l'eau de mer …………

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4. Réflectance des surfaces marines.
5. Problèmes posés par l'étude bathymétrique.
5.1. Propriétés optiques des eaux marines
5.2. Eclairement au dessous de l’eau.
5.3. Les composantes du signal radiométrique.

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6. Etude du rayonnement sur le trajet sol atmosphère satellite.
6.1. Radiation réfléchie par la surface d’eau.

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6.2. Radiation diffusée d’un volume d’eau.
6.3. Radiation diffusée du fond.
6.4. Radiation totale diffusée à la surface de l’eau.
6.5. Radiation totale arrivant au satellite.
7. Conclusion
Chapitre III : Simulation des données satellitaires
1. Introduction
2. Analyse de la variation de la luminance avec les conditions angulaires.
2.1 Effet de l’angle zénithal
solaire. …………………………………………………………………...........
2.2. Effet de l’angle zénithal d’observation. ……………………………………………
3. L’analyse des effets atmosphériques………………………………………….………………..
3.1. Effet de l’humidité relative……………………………………………….…………...........
32. Effet du paramètre de diffusion Fc………………………………………………………….
4. Présentation de l'Outil développé sous logiciel « SDDS »
4.1 Analyse de l’interaction du rayonnement avec la masse d’eau.
4.2 Conversion en réflectance des données satellitaires brutes.
5. Signature spectrale de l’eau de mer
6. Simulation des données satellites SPOT XS et Landsat.
7. Estimation du bruit atmosphérique et correction radiométrique.
7.1. Application des corrections d’images aux satellites SPOT et TM &MSS Landsat.
7.2 Qualité des corrections radiométriques.
7.3 Application sur les images satellites.
8. Conclusion
Chapitre IV: Modélisation de base de données et PollutionGIS
1. Méthodologie du développement de PolGIS.
1.1 L’analyse spatiale.
1.2 Principe de développement.
2. Diagramme de classes participantes du cas d’utilisation : Gérer les cartes, les photos et les images
satellitaires
3. Identification des scénarios
4. Conception de PolGIS
5. Le prétraitement des données dans PolGIS.
5.1. Justification des choix techniques
6. Présentation des interfaces de l’application
7. Conclusion
Chapitre V: Analyse et Modélisation des Paramètres Terrain-Image
A.I. Application en baie d’Alger.

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1. Analyse et variation des paramètres physico-chimiques en baie d’Alger.
2. Extraction de la réflecance de l'eau de mer.
2.1 Données et conditions atmosphériques.
2.2 Calage et échantillonnage.
2.3 Modélisation de la réflectance.
2.4 Calcul de la réflectance à partir de l’image satellite.
3. Résultats et discussion.
3.1 Analyse Physico_chimique
3.2 Analyse des réflectances
3.3 Modélisation des paramètres
3.4 Images et Cartes de pollution.
B II. Résultats de la Modélisation des Paramètres de la campagne océanographique 2003
1. Modélisation statistique : réflectances et paramètres
2. Cartes de pollution.

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III. Application en Baie de Bousmail.
A. Variation des paramètres physico-chimiques.
B. Modélisation des paramètres physico-chimiques et des données satellitaires.
C. Application à la couleur de l'eau-Modélisation de la chlorophylle et du phytoplancton marin
en baie d'Alger.

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1. Les éléments nutritifs.
2. Etude des paramètres biologiques.
2.1 Etude qualitative des populations phytoplanctoniques.
2.2 Etude quantitative des populations phytoplanctoniques.
3. Modélisation de la couleur de l'eau, chlorophylle a et phytoplancton marin.
4. Analyse des réflectances de l'eau de mer.
5. Couleur de la mer des eaux du cas1 sur une image Seawifs.
Chapitre IV : Modélisation de la bathymétrie par mesures satellitaires
A. Détermination de la bathymétrie dans la baie d'Alger.
1. Analyse physico-chimique et cartographie.
2. Cartes bathymétriques.
3. Extraction et calcul de la réflectance de l’eau.
3.1 Analyse de la variation de la luminance.
3.2 Application aux stations.
4. Corrélation et ajustement des fonctions représentatives.
5. Analyse statistique des paramètres.
5.1 Conversion en profondeur.
5.2 Extraction d’images bathymétriques.
B. Détermination de la bathymétrie dans la baie de Bousmail.

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1. Carte bathymétrique de la baie de Bousmail
2. Analyse de la variation de la luminance.
3.Modélisation de la profondeur et mesures satellitaires
4.Modèles d'inversion en profondeur - Application PCSATWIN
C. Validation du modèle de simulation de la bathymétrie aux données satellites dans la baie de
Zemmouri.
D. Conclusion

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211
7

Conclusion générale
Bibliographie
Annexes

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Introduction

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Introduction générale

Le milieu marin représente un enjeu considérable en termes de développement socioéconomique. Ces dernières décennies, la pollution des océans à travers le monde est devenue un
sujet de préoccupation croissante à l'échelle internationale.
La mer méditerranée est soumise à un problème grave de pollution dû à l’accroissement des
apports anthropogéniques côtiers de ses pays riverains en voie d’industrialisation. La civilisation
moderne et l’activité de l’homme sont indéniablement les causes principales de la contamination
de l’hydrosphère. (Salomon, 2003; Houma et al., 2005(a); Lambert et al.,1981)
Les activités liées directement à la mer ont pris une place prépondérante, notamment dans les
collectivités côtières ; cependant, elles sont tributaires de la santé et de la productivité du milieu
marin. L’homme en investissant de plus en plus le milieu marin contribue au déséquilibre de ce
milieu. Les ressources vivantes et la biodiversité sont menacées par les pressions anthropiques en
termes d’aménagement du milieu côtier, de pollution et d’exploitation.
Cependant; les zones côtières sont exposées à des énormes risques: La pression démographique
où la majorité de la population mondiale est située près des côtes, la croissance des zones
urbaines, associée à une expansion rapide de l'industrie et du tourisme et à une exploitation
évasée des ressources marines. Cela a suscité une inquiétude généralisée à l'échelle planétaire
concernant le développement durable de ces espaces et leurs ressources naturelles. L’humanité a
pris conscience de la fragilité de cet environnement, d’autant plus que les ressources biologiques
sont souvent menacées d'où une partie importante des ressources économiques (tourisme, pêche,
activités portuaires), provient des zones côtières. (Farmer et al.,1993)

La côte et le littoral algériens et à l'instar de la majorité des zones côtières méditerranéennes, sont
sensibles aux changements environnementaux, aux changements créés par le développement
économique et aux changements d'utilisation du sol. La région algéroise est certainement l'une
des zones où l'altération de la qualité des eaux marines côtières est la plus perceptible. De 75 à
80% des pollutions marines sont d'origine terrestre, notamment agricole, parmi lesquelles environ
30% sont apportées par l’atmosphère. Le littoral Algérien est pratiquement touché par diverses
pollutions, on constate une densité urbaine importante sur la côte qui déverse ses rejets dans les
eaux marines et des usines qui rejettent leurs déchets industriels et contribuent à polluer le milieu
sous l’effet des substances toxiques et corrosives.
La pollution des mers n’est plus une hypothèse à débattre, mais une réalité à affronter !!!

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Introduction générale

Dans ce contexte, la démarche suivie par plusieurs chercheurs se base sur le concept des mesures
in situ et interpolation des résultats trouvés par similitudes ou par des modèles mathématiques.
(Morel & Gentili, 2009). Certes les mesures in situ sont fiables mais elles sont locales et
instantanées. Couvrir cet espace marin est impossible par ces méthodes, les chercheurs font
appel aux techniques d’interpolation spatiale. Toute interpolation est conditionnée par le maillage
et la sensibilité des paramètres mesurés. L’eau de mer est un fluide dynamique en interaction
permanente avec l’atmosphère et le sol et toute perturbation légère non prise en considération
fausse totalement les calculs. L’approche numérique peut donner des résultats similaires à la
réalité si le maillage (nombre de stations) est dense.
En effet; le développement des méthodes d'analyse et de surveillance de la qualité des eaux
côtières se pose avec une acuité de plus en plus grande. Il est donc utile de fournir au décideur
l'information en temps réel afin de préserver et d'exploiter rationnellement le milieu.

Dans cette optique ; nous présentons dans ce travail

la méthodologie appliquée

pour la

caractérisation d'un Système de gestion de base de données géoréférencié dédié à l’analyse des
eaux marines. L'intérêt de l'application est le développement d’un Système d’Information Marin
(SIM) basé sur la modélisation des paramètres qui caractérisent les eaux côtières.
L'outil est composé d'un Système de Gestion de Base de Données (SGBD), la mise en pratique du
principe de la gestion informatisée des données de pollution Marine conduit au développement
d'un système POLGIS qui répond aux besoins de gestion de l'information marine dans le cas de
contrôle, suivi et surveillance de la pollution marine. (Cross, 1991)
Cette contribution est nécessaire et substantielle à l’amélioration de l’accès aux données et à
l’information. Ce système manipulable et intelligent, doit répondre à des besoins thématiques
divers. (Bachari, 2008(a)). L'étude consiste à identifier tous les paramètres et les variables qui
peuvent intégrer une telle base de données; Cette étude nous a permis de classer les données en
deux grandes catégories : MAP (Images satellites, cartes numériques, cartes, photos) et
DATA Numériques. L’unité de base du système est la station à une profondeur Z où elle intègre
avec précision une mesure SIM qui indique toute information liée à sa réalisation (conditions
d’échantillonnage, moyens de mesure, coordonnées du lieu, ….); plusieurs campagnes
océanographiques sont réalisées pour les mesures in situ spatio-temporelles et l'analyse des
paramètres chimiques, physiques et biologiques de l'eau de mer et des sédiments dans les
profondeurs des zones étudiées. (Deustch & Estes,1980)
11

Introduction générale

Le système développé est géoréférencié, il permet d’établir la relation spatiale et les couches
d’information. L’outil d’analyse établi dans le système est le DATAMINING qui permet de
réaliser des analyses approfondies entre les variables et les stations. Notre choix de
développement est basé sur l’environnement ORACLE afin de bénéficier de ces avantages tels
que la sécurité d’information à plusieurs niveaux. Ce système peut communiquer avec les
logiciels de traitement et de cartographie par import et export des données. Parmi ceux-ci, les
outils d’aide à la décision les plus utilisés et qui comportent souvent une composante SIG du
Système d’Information Géographique.

Dans ce même cadre, l’objectif primordial de cette étude est l’utilisation des images satellites
couplée aux Systèmes d'Informations Géographiques pour l’analyse spatio-temporelle de la
pollution marine.
L´avènement de l´imagerie satellitale issue des capteurs optiques, par la finesse de sa résolution
spatiale et spectrale a donné un nouvel essor au développement de la cartographie des ressources
terrestres (Leroy,1992). L’avènement de nouvelles générations d’instruments de détection,
appelés satellites, promet d’apporter aux scientifiques une grande capacité de faire des
observations détaillées sur la surface de la terre. (Fingas & Brown, 2000)
L'élaboration de modèles d'inversion des données satellitales pour la cartographie des paramètres
physiques du milieu naturel a permis d'entrevoir de nouvelles possibilités d'analyse.(Abdellaoui
et al.,1984; Abdellaoui, 1986(a))
D’autre part, les multiples combinaisons possibles entre les propriétés optiques de l’eau et les
particules permettent d’estimer les concentrations des diverses composantes de l’eau.
L’exploration des propriétés optiques des eaux et la recherche d’algorithmes permettent alors
d’inverser le spectre de réflectance de ces eaux et d’identifier la nature de la pollution.
(Froidefond et al., 1999; Stringer, 1992; Froidefond et al., 2002(b))
Dès les premiers vols habités, des études sur la qualité des eaux littorales ont été identifiées
selon leur turbidité, notamment à partir des images acquises par les capsules Gemini corrélées
avec des mesures in situ. Depuis 1970, plusieurs scientifiques ont observé une corrélation
positive entre le signal reçu au capteur et la teneur de matières en suspension. (Miller et al.,2005)
La cartographie de la turbidité de surface et l’estimation des matières en suspension à partir des
réflectances a été effectuée par (Spitzer & Dirks, 1985; Baban & Serwan,1993; Zhiqiang et
al.,2007).
12

Introduction générale

Ces travaux reposent sur la forte corrélation observée entre les images et la teneur de ces
grandeurs mesurées in situ (Doxaran et al.,2002(b)).Une corrélation importante entre le compte
numérique

du premier canal du satellite Landsat TM et la concentration en matières en

suspension a été aussi réalisée (Baban & Serwan,1993). Les bandes spectrales Thematic Mapper
étaient utilisées davantage pour corréler avec les propriétés spectrales de l'eau et sa teneur en
matière organique (Ferrari & Tassan ,1992) ou encore pour la caractérisation de la couleur
(Estep, 1994), la salinité et la concentration en chlorophylle de l’eau de mer (Ferrari &
Tassan,1992, Jaquet et al.,1992; Ahn et al.,1992) .
L’utilisation des images satellites de Landsat 5 et 7 a permis une cartographie relative de la
turbidité, sans pouvoir y distinguer les apports des sédiments en suspension et de la chlorophylle
(Jaquet & Weber, 2002) et la température de surface de l'eau de mer (Faour et al.,2004), validé
par la Bande Infrarouge Thermique du Capteur TM de Landsat-7 utilisée aussi pour la détection
de la pollution de l’eau de mer sur Le littoral Libanais.
Rangama en 2004 a étudié la variabilité de la pression partielle de CO 2 à la surface de l’océan en
nous servant de paramètres télédétectés (température de surface de la mer et couleur de l’océan)
dans le but d’obtenir un aperçu de sa variabilité à petite échelle et de surveiller le flux air-mer de
CO 2 déduit de mesures satellitaires. De nombreux modèles théoriques ont été établi afin d'estimer
la vitesse de transfert du gaz entre l'océan et l'atmosphère basés sur la modélisation de la
turbulence dans l’eau et de la température à de surface. (Jacquet, 2005)

D’autres chercheurs (Hans Hakvoort et al.,2000) ont montré par l’utilisation des techniques
optiques la possibilité d’établissement de cartes de concentration en chlorophylle-a, en matières
en suspension totales (Dilip et al.,1994) ou en carbone organique dissous. Après le satellite
SPOT, le capteur LISS3 du satellite indien IRS1C à haute résolution spatiale illustre aussi par
différentes applications son utilité pour la surveillance qualitative et quantitative des zones
côtières. Il peut assurer le suivi de l’évolution de quelques paramètres biologiques nécessaires
pour déceler les traces de sédiments et de corail ou encore pour permettre une étude sur la qualité
des eaux (Antoine et Morel, 1996(a)).
La couleur de l’océan, à partir de l’espace, est étudiée depuis le lancement du satellite Nimbus-7
équipé du capteur CZCS (Fargion et al.,1993; Antoine et al., 1996(b) ; Barnard et al., 1997 ;
Peliz & Fiuza, 1999).

13

Introduction générale

Ces études se sont poursuivies avec l’exploitation des images de SeaWiFS (Arnone & Gould,
1998; McClain et al.,1998 ; Perez et al., 2005 ; Campillo-Campbell & Gordoa, 2004 ; Brickley &
Thomas,2004 et Cokacar et al., 2004).
Au niveau de l’écosystème marin de la Côte d’Ivoire en particulier et du golfe de Guinée en
général, les études de la concentration en pigments chlorophylliens ont été, pour la plupart,
menées à partir de données in situ (Binet, 1983 ; Arfi et al., 2002 ; John et al., 2002).

Les premières cartes mondiales de la biomasse phytoplanctonique ont été dessinées à partir des
données enregistrées par le Coastal Zone Color Scanner acquises de novembre 1978 à Juin 1986
(Benhamida et al.,2001; Feldman et al., 1989). L’estimation de la production primaire océanique
est un des champs d’application principaux de la télédétection de la couleur de l’océan (Bailey &
Werdell, 2006; Arabie et al.,1996). Par production primaire, nous considérons le flux de carbone
qui passe de la forme inorganique (le gaz carbonique dissous dans l’eau de mer et les ions
carbonate et bicarbonate associés) passant par la forme organique (matière vivante sous forme
d’hydrates de carbone et autres molécules) et les processus de photosynthèse dont la fixation de
carbone qui consiste en l’absorption d’énergie lumineuse par les pigments photosynthétiques.
(Campbell et al., 1995; Humborg et al., 2000).
C’est donc au niveau de la quantification des concentrations en chlorophylle que se situe l’apport
de la télédétection de la couleur de l’océan (Mueller et al., 1997) à la modélisation de la
photosynthèse et de son résultat en terme de carbone, la production primaire. (Feldman et al.,
1989)
La télédétection multispectrale réalise une observation d’un grand espace en nanoseconde dans
plusieurs spectres (Morel,1980). L’image résultante se présente comme étant une matrice
numérique manipulable et exploitable. L’élément de matrice nommé pixel est caractérisé par la
résolution spatiale, la résolution spectrale et la résolution temporelle. Sa valeur numérique est une
convolution des propriétés optiques de la source (soleil), du milieu perturbateur (atmosphère), de
l’objet au sol et des propriétés optoélectroniques des capteurs. La thématique étudiée nous
impose la démarche que nous développons afin d’extraire l’information voulue et utile à partir
des images satellites. (Abdellaoui, 2009; Abdellaoui,1986(b)).
Cette télédétection est basée sur l’optique marine. En ce qui concerne les eaux du large (Cas1),
les connaissances sont avancées (Ivanoff, 1975 ; Gordon et al., 1975 ; Jerlov, 1976 ; Morel and
Prieur, 1977 ; Morel & Gentili, 1993).
14

Introduction générale

Pour les eaux côtières (Cas2), des recherches récentes confirment la possibilité de quantifier les
sédiments en suspension (Withlock et al.,1981 ; Curran & Novo, 1988 ; Novo et al., 1989;
Ritchie et al., 1990 ; Tassan & Ferrari, 1995 ; Doxaran et al., 2003; Novo et al.,1991 ); les
concentrations en phytoplancton à la surface et en profondeurs des eaux marines à partir des
données satellitaires SeaWiFS, (Gohin et al., 2002), MODIS et MERIS (IOCCG, 2000) et la
couleur de l'eau (Morel, 2007). Bon nombre d’articles s’intéressant à l’utilisation des images
satellites en bathymétrie des eaux peu profondes ont été publiés (Ishiguro et al., 2001; Stump &
Pennock, , 1989; Stumpf & Holderied 2003; Provost et al. 2004).
L'objectif du présent travail est double:
-

Obtenir des modèles entre la réponse spectrale de l'eau de mer avec les propriétés
physiquement optiques des paramètres de pollution en utilisant des mesures in situ.

-

Réaliser un modèle d'inversion pour aboutir à une cartographie:
o de la présence des matériaux en suspension et des constituants de la masse d'eau
marine.
o et de la bathymétrie aux environs de la côte.

A cet effet le présent document est constitué de six chapitres :
Le Chapitre I est réservé à la présentation des sites d'étude et à la méthodologie adoptée sur la
description de la pollution marine et de l'impact des différents types de polluants sur le milieu
marin. On définit les échantillons destinés à l’analyse des paramètres physico-chimiques, des
paramètres indicateurs de la pollution, de la chlorophylle et de la couleur des eaux marines
(Cipollini & Corsini, 1994).Les méthodes de prélèvements et d’analyse utilisées sont développées
pour les espèces phytoplanctoniques, les sels nutritifs et les polluants organiques dans l'eau de
mer. Dans cette partie, les résultats sont présentés pour : la baie d'Alger, la baie de Bousmail ; la
baie d'El Djamila.

Le chapitre II est consacré à la définition des diverses grandeurs optiques abordées au cours de
cette étude, ainsi qu'au mode d'estimation des paramètres liés à la qualité des eaux. Un rappel des
propriétés optiques du phytoplancton, de la matière particulaire non végétale et du matériel
organique dissous est présenté à la fin. La connaissance des phénomènes physiques, chimiques et
biologiques qui se déroulent dans le milieu marin passe impérativement par la mise en évidence
des variations à l’échelle spatio-temporelles des différents descripteurs marins.

15

Introduction générale

Nous étudions l’effet des paramètres influant sur la mesure satellitaire et nous rappelons
l’influence des paramètres optiques de l’eau de mer sur la mesure satellite ainsi que les équations
caractéristiques qui gouvernent le transfert radiatif dans le système océan- atmosphère.

Le chapitre III est consacré à la modélisation pour l'analyse par des mesures satellitaires. Cette
analyse est effectuée par simulation à l’aide d’un code numérique SDDS (Simulation des données
satellitaires) ; nous avons contribué à la réalisation de ce système. Ce modèle couplé à des
modèles atmosphériques tient compte d'un certain nombre de propriétés de l’eau qui vont influer
de façon significative sur le transfert du rayonnement électromagnétique afin d’établir un modèle
analytique de simulation de transfert radiatif dans l’eau.
La simulation des données satellitales est utilisée pour calculer la réflectance de l’eau de mer
dans chaque canal et pour différentes zones. Nous nous intéressons à l’évaluation de
l’importance des effets de l’atmosphère, des conditions de prise de vue et des propriétés de l’eau
sur le signal qui arrive au niveau des capteurs embarqués à bord des satellites puis nous montrons
quelques applications des corrections radiométriques. Une description détaillée des systèmes
satellites est donnée en annexe pour Spot, Landsat TM & MSS et Seawifs.

Le chapitre IV fournit une description du contexte méthodologique. La première partie sera
consacrée à la description de l'intérêt de la modélisation numérique dans l'étude du milieu marin
et particulièrement sur les zones côtières. Ainsi, l’intégration de données océanographiques dans
les systèmes d’information géographique est problématique dans de nombreuses applications.

La seconde partie de ce chapitre consiste à concevoir et à implémenter un système d'information
marin sous un module d’analyse PolGIS qui fait appel aux techniques du Data Mining spatial
dans le but d’analyser la pollution marine. (Bordin, 2002; Aissat,1999)
Ce logiciel a été développé et conçu pour être simple à utiliser et permettre d’intégrer et de gérer
des données marines et d’appliquer des techniques d’analyse spatiale afin d’extraire des
connaissances pouvant être utilisées dans un but décisionnel. (Bachari & Houma,2005)
Peut-on trouver des relations entre la couleur de l'eau, le phytoplancton marin et l'ensemble des
paramètres afin de caractériser la pollution marine en utilisant les techniques satellitaires ?

16

Introduction générale

La solution est développée au chapitre V consacré à l'analyse des baies de la côte algéroise.
Plusieurs campagnes océanographiques sont réalisées afin d'étudier la pollution de l'eau de mer
en surface et en profondeur des zones, et d'établir des modèles entre les mesures in situ et les
paramètres images issues des capteurs satellites destinés aux applications marines.
(UNESCO.,2000)
L'application du logiciel de Simulation des données satellites est présentée au chapitre2. Les
luminances des sites étudiés sont converties en réflectances puis corrélées dans chaque canal
satellitaire avec les paramètres physico-chimiques, les indicateurs de la pollution, la chlorophylle
et les espèces phytoplanctoniques.
Une cartographie numérique multi temporelle est réalisée pour suivre la variation des paramètres
dans les différentes baies en utilisant le Système d'Information Marin PolGIS destiné à la
pollution marine.
La connaissance des interactions entre la lumière et l’eau est à la base de l’interprétation des
images satellitaires enregistrées dans les domaines visibles et proche infrarouge. Pour ce chapitre,
nous nous sommes en grande partie inspirés des publications de Ivanoff (1975); Jerlov (1976);
Morel & Prieur (1977) et Bonn & Rochon (1992); la caractérisation des propriétés d’absorption
et de diffusion du phytoplancton a été mise en évidence par Bricaud & Stramski (1990). Les
résultats de mesures répertoriées par Kirk (1994), puis repris par Dilligeard (1997) et Lahet
(1999) définissent la variation des coefficients d'absorption des espèces phytoplanctoniques.
(Oubelkheir, 2001)

D'autre part, en s’inspirant des différentes approches développées et des caractéristiques des
satellites, nous avons essayé de mettre en évidence l’utilisation de la télédétection afin de trouver
des relations entre les paramètres optiques et les descripteurs de la qualité de l’eau. Il devient
donc nécessaire de s’appuyer sur des modèles de réflectances que l’on inverse pour déterminer la
teneur de l’eau en ses différents constituants (matières en suspension, chlorophylle,………).
Les relations développées sont utilisées pour transformer les images en images indicatrices des
paramètres physico-chimiques et paramètres biologiques. Des cartes numériques sont établies
pour étudier et surveiller l’état de pollution des eaux côtières. (Walker, 1996; Weber et al.,1991)

17

Introduction générale

Le chapitre VI concerne l'analyse de l'effet des différents paramètres sur la bathymétrie. Nous
présentons les relations entre les profondeurs et les réflectances pour chaque bande spectrale puis
les images transformées en images bathymétriques. L'image traitée et combinée est présentée
sous forme de carte numérique. (Schmitz-Pieffer et al.,1990)
Cette partie de la thèse est développée pour donner les limites de la télédétection multispectrale
pour l’analyse du milieu marin.

En conclusion, nous synthétisons les résultats manquants de ce travail et nous discutons de la
performance de la télédétection spatiale passive dans l'étude de la qualité des eaux côtières et leur
cartographie automatique

18

CHAPITRE I

Campagnes Océanographiques
et
Echantionnage

19

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

La surveillance et le suivi de la qualité des eaux marines des principales baies de la zone
algéroise présentent l'objectif primordial de cette étude. Une analyse spatio-temporelle de la
pollution marine, de la couleur de l’eau et de ses caractéristiques physico-chimiques a été
effectuée lors de

plusieurs campagnes océanographiques au niveau des régions d'étude.

L'échantillonnage en différentes périodes et dans les profondeurs a concerné un ensemble de
prélèvements d'eau de mer et de sédiments destinés à plusieurs mesures in situ et à divers
paramètres d'analyse au laboratoire. L'ensemble des résultats est enregistré dans une base de
données in situ correspondante à chaque campagne océanographique afin d'être utilisée et traitée
dans des modèles mathématiques et statistiques destinés à la gestion et la surveillance des eaux
côtières. (Abdellaoui et al.,1984 ; Houma et al.,1996; Arnaud et al.,2000; Froidefond et al.,1999 ;
Ahn,1990; Bachari et al.,1998; Grimalt & Albaiges, 1988)
1. La Baie d'Alger.
1.1 Présentation du site d'étude.
La baie d’Alger est située dans la partie centrale de la côte algérienne. Elle s’inscrit en
creux dans la plaine de Mitidja de forme semi-circulaire d’une superficie approximative de
l’ordre de 180 Km2, délimitée par deux caps, la Pointe Pescade (Rais Hamidou) à l’ouest et le cap
Matifou (Bordj El- Bahri) à l’est. Elle est limitée au Nord par la mer Méditerranée avec une
longitude Est 03°.14’.50 à 03°.00’.40 et une latitude nord 36°.49’.35 à 36°.49 .50. (Figure 1.1)
Le plateau continental est très étroit mais s’élargi au centre de la baie. Ce dernier ne dépasse pas
l’isobathe 120 m. En effet, l’isobathe 50m est à 4,1Km de la côte, celui de 100m est à 7,6Km
quant à celui 1000 m il ne se trouve qu’à 12,1Km de la côte.
La ville d’Alger est très urbanisée et la majorité des unités sont concentrées dans les zones
industrielles, le port d’Alger, Rouiba et Réghaia. Cette zone est principalement contaminée par
différentes sources de pollution et soumise à plusieurs types de rejets urbains, industriels et
pétroliers. (Figure 1.2)

La zone côtière algéroise constitue le réceptacle de plusieurs types de pollution. Ces eaux usées
sont chargées de matières organiques, matières en suspension, détergents et des huiles
lubrifiantes ; génèrent des pollutions organiques et chimiques ; cette situation est aggravée par
l’absence de traitement des eaux. (Figure 1.2). (Houma et al.,2004 (a); LEM,1998).

20

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Figure 1.1 : Situation géographique de la baie d’Alger.

Parmi les zones urbanisées et /ou industrialisées, nous pouvons citer entre autres :
- Hussein Dey : Zone principalement soumise aux rejets urbains et à l’influence des
activités portuaires.
- El Harrach : Son bassin versant couvre une superficie 970 km2, son débit en période de
pluie est de 1000 m3/seconde. C'est un bassin difficile d’accès caractérisé par de fortes
dénivelées, une végétation peu dense et une pluviométrie importante. A ces facteurs d’érosion
s’ajoute le caractère torrentiel de l’oued, qui accentue une forte érosion et un alluvionnement
important (LEM, 1998).
Le bilan des écoulements moyens annuels est de 5.4 m3/s. Ce dernier reçoit tous les rejets
urbains, industriels et agricoles, qui influent sur la qualité physico-chimique et microbiologique
du milieu marin de la baie d’Alger, ainsi il provoque la rupture de l’équilibre du milieu naturel.
- Bordj El Kiffan : Située à une dizaine de kilomètre à l’est d’Alger, ce secteur connaît
un développement industriel et urbain qui l’expose à une pollution assez accentuée selon le sens
du courant est ou ouest par l'influence des oueds El-Harrach et El- Hamiz.
- El Hamiz : se diverse à l’est de la baie prés du cap Matifou. La superficie du bassin
versant est de 160 km2, son embouchure se situe près du cap Matifou. La présence du barrage El
Hamiz en amont réduit considérablement les apports solides venant en mer (LEM, 1998); le débit
est régulé par un barrage. L’activité industrielle y est réduite. Il présente une charge polluante peu
importante.

21

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Figure 1.2 : Principaux rejets d’eaux usées dans la baie d'Alger.

Figure 1.3 : Pollution par les huiles, rejets industriels et urbains au niveau de la baie d'Alger.

(Houma et al.,2009)
1.2 Facteurs hydrodynamiques.
 La houle
Etant le facteur le plus important dans la dynamique sédimentaire des petits fonds, sa direction de
propagation est liée à celle du vent et de la profondeur, tant que la profondeur est plus grande que
la longueur d’onde de la houle. Ainsi la houle de la baie d’Alger suit le régime des vents, qui est
un régime saisonnier comme pour le reste de la marge algérienne (Leclaire,1972).
22

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

En hiver, les houles sont de direction W-NW (300°) et, en été, elles sont de direction N-NE (20°40). (Benzohra, 1993; Belkessa et al., 2008; LEM,1998)
Au contact des irrégularités du fond, les houles donnent lieu à des rouleaux qui provoquent la
mise en suspension des particules favorisent leur déplacement. Le sens et l’intensité de ce
courant sont fonction de l’amplitude, de l’incidence de la houle par rapport à la côte, de la
topographie de la plage sous-marine et de la granulométrie des sédiments. (Millot,1989)
Dans le cas général de houles de petites et moyennes amplitudes, les courants ne sont notables
que dans les zones de déferlement et n’affectent donc que le triage des sables et des graviers de la
frange littorale "fond -10 m". Ils assurent le transport latéral par dérive littorale et la dispersion.
Par contre les houles de fortes amplitudes pourraient agir jusqu’à des fonds de "-40 m à– 60 m"
 Les courants
La mer Méditerranée est connue par son excès d’évaporation par rapport aux apports fluviaux
et aux précipitations, ceci est responsable d’une baisse de niveau de la mer estimée à 1m/an, ce
déficit est compensé par un flux entrant (de 31600 Km3/an) d’eau atlantique, par le détroit de
Gibraltar. Ces eaux de salinité (S < 36,5 PSU), au fur et à mesure de leur progression vers l’est,
elles se « méditérranisent » le long des côtes algériennes, d’où l’appellation du courant algérien.

Les côtes algériennes sont plus ou moins influencées par ce courant, qui agit sur la distribution
des facteurs physico-chimiques, nutritifs, biologiques voire sur la dispersion des polluants.
La vitesse du courant général des eaux atlantiques de Gibraltar vers l’est reste généralement dans
un ordre de grandeur de 0,5 à 1 m/s, au large des côtes algériennes. Ce courant général crée dans
la plupart des baies un contre courant littoral vers l’ouest (LEM, 1998; Benzohra, 1993)
- Le courant de retour : correspond à une zone de flot de retour à partir du courant existant au
lieu de déferlement de la houle. Ces courants possèdent une vitesse qui dépend de l’énergie de la
houle et de la pente de la plage. Ces courants sont responsables de la dispersion d’une partie des
sédiments côtiers vers le large. (Figure1.4)
- Les courants de dérive littorale : Lorsque la houle arrive à la côte avec une incidence oblique
celle-ci donne naissance à un courant de dérive littorale. La vitesse de ce courant est maximale
pour un angle d’incidence de 45 % à 50%. La dérive littorale prend naissance au niveau de la
zone de déferlement où l’énergie est maximale (Millot,1987). Cette énergie permet la remise en
suspension et le transit des particules sédimentaires le long de la côte.
23

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

La dérive générale dans la baie d’Alger engendrée par le courant atlantique (contre courant
atlantique) tourne dans le sens des aiguilles d’une montre avec une vitesse moyenne en surface de
l’ordre de 0,3 km/h. A proximité du fond la vitesse de ces courants diminue très rapidement et
devient pratiquement négligeable (LEM,1998).

Figure 1.4 : Bilan des courants de dérive et dynamique sédimentaire dans la baie d’Alger. (LEM,1998)

La baie d’Alger a la même circulation que le bassin algérien, ces masses d’eau sont décrites par
Chouikhi et al.,(1993) comme suit :
o

MAW (Modified Atlantic Water), ou l’Eau Atlantique Modifiée : elle constitue l’essentiel

du courant algérien, qui est défini comme une veine de 30 à 40Km de largeur et de 150 à 200m
d'épaisseur, c’est de l’eau océanique qui est modifiée par interaction avec l'atmosphère et le
mélange avec les eaux méditerranéennes.
Elle est caractérisée par des températures variables en surface (15 à 23°C), et des salinités variant
de 36,5 à 38 PSU. Ce courant circule d'ouest en est ayant des vitesses maximales de l'ordre
80-100 cm/s (Perkins et al.,1990;Millot & Taupier, 2005). Ce courant génère des upwellings
côtiers plus où moins intenses près des côtes (Millot, 1989).

o

WIW (Winter Intermediate Water), ou l'Eau Hivernale Intermédiaire, formée lors de

convections hivernales dans le bassin nord occidental (mer catalane, golfe du Lion), elle se situe
entre 150 et 250 m, avec un minimum relatif de température (~ 12,65 à 13,20°C) et une salinité
d'environ 38,3 PSU.

24

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1
o

LIW (Levantine Intermediate Water), ou l'eau Intermédiaire Levantine, formée en

Méditerranée, elle se situe sous la WIW entre 250-300 m et 500-600 m est reconnaissable par des
maxima relatifs de température potentielle (13,2 à 14° C). Figure (b)
o

DW (Winter Mediterranean Deep Water), ou l'Eau Méditerranéenne Profonde, située sous

la LIW, elle est identifiable vers 600-700 m par de faible température variant de 12,75à 12,90° C
et une salinité entre 38,42 et 38,47PSU. Elle se forme au cours d'hivers rigoureux par le mélange
de LIW et MAW. Figure (c)
o

BW (Bottom Water), ou Eau de Fond, ayant une épaisseur de quelques centaines de

mètres. Episodiquement, elle se situe prés du fond. Elle est relativement plus chaude et plus salée
que l’eau profonde.

(a): Circulation de l’Eau Atlantique Modifier (MAW), (b): Circulation de l’Eau Levantine
Intermédiaire (LIW), (c): Circulation de l’Eau Profonde (DW).
Figure 1.5 : La circulation de l’eau dans le bassin algérien (Millot, 1989)

D’une façon générale, l’hydrologie de la baie est caractéristique des eaux atlantiques dont la
circulation varie en fonction du régime des vents. La baie largement ouverte à l’ouest reçoit les
eaux océaniques qui s’écouleraient à vitesse moyenne de trois nœuds avec un maximum en
décembre et un minimum en juillet-août où les vents d’Est sont dominants (Gaumer,1981).
(Figure1.5)
25

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

1.3 Nature de fond – Couverture sédimentaire.
Pour la simulation des données satellites, il est nécessaire de connaître la nature du fond.
L’application nécessite la détermination de la sédimentologie de la zone d’étude, en effet, trois
faciès sédimentaires existent dans la sédimentologie de la baie d’Alger. (Figure1.6)
 Faciès sableux.
Ils se limitent à la bordure littorale entre 10 et 35 m de profondeur au droit des émissaires, et en
prolongement des caps où ils s’étendront à des profondeurs plus élevées, et ceci en direction du
centre de la baie. (Belkessa,1999; Maouche, 1987)


Les sables fins : sont essentiellement d’origine terrigène occupant les petits fonds.



Les sables moyens : sont limités au secteur littoral de la bordure rocheuse occidentale, ils
représentent une bande étroite parallèle au rivage.



Les sables grossiers : sont prédominants dans le secteur est où ils sont mélangés aux
faciès pélitiques (du Cap Matifou vers l’embouchure de Oued El Hamiz).

Figure 1.6. Nature du fond de la baie d'Alger. (Maouche,1987)
 Faciès carbonatés.
On les retrouve dans la bordure ouest jusqu’à des profondeurs de 35 à 50m, et dans la bordure est
à des profondeurs plus élevées, au droit du Cap Matifou. Ils sont limités aux bordures rocheuses,
ainsi qu’aux hauts- fonds rocheux de la baie.

26

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

o Bordure ouest : La fraction carbonatée représente 30 à 35% du sédiment total jusqu'à des
fonds de 35 à 50 m.
o Bordure est : Ce faciès s'étend à des profondeurs élevées au large du Cap Matifou. où la
fraction carbonatée peut être supérieure à 35%.
o Le haut-fond du Matifou : la fraction carbonatée constitue plus de 50% du sédiment.
 Faciès pélitiques.
Ils occupent la partie centrale et septentrionale de la baie, on observe un envasement central
avec 75 à 95% de fraction politique, avec deux invaginations de part et d'autre des oueds. Les
faciès vase sableux à vaseux constituent 70 % des dépôts superficiels de la baie d’Alger. La
fraction pélitique apparaît à partir de –10m de profondeur où elle représente 10 %, son
pourcentage augmente pour atteindre plus de 50 % dès – 25 m (-35m au droit des oueds), à –30m
(–50 m au droit des oueds) cette fraction représente 75 % et plus souvent 95 %. (Bachari et al.,
2004; LEM,1998).
1.4. Echantillonnage et localisation des stations.
Dans le cadre de l’évaluation de la pollution marine de la baie d’Alger, et dans le but d’avoir une
variété de mesures,

nous avons réalisé plusieurs prélèvements dans différentes stations.

Différentes missions en mer sont accomplies à bord du bateau océanographique M.S BENYAHIA,
équipé d'un échosondeur et d'un G.P.S (Global Position System), permettant d’avoir la
profondeur maximale du fond et les coordonnées géographiques exactes des stations de
prélèvement. Les conservations et traitements préliminaires des échantillons sont effectués à bord
au niveau des laboratoires du navire. Lors des missions de prélèvement les plus récentes, nous
avons couvert la totalité de la baie d’Alger. 162 échantillons ont été analysés en 2009 pour
l’étude des paramètres physico-chimiques, les indicateurs de pollution et les paramètres
biologiques. D'autres échantillons de sédiments sont prélevés à l’aide d’une benne inoxydable
ouverte à partir du navire et conçue de telle manière que sa fermeture soit automatique au contact
du fond. Les échantillons de sédiments sont mis dans des sachets en plastique préalablement
étiquetés. (Houma et al.,2009 ; Saliot et al.,1992; Rodier, 1997; Rodier, 2005)


Campagnes océanographiques 2009.

 Sortie1: du 19 au 24 Mars 2009, 37 stations de prélèvement dont 74 échantillons prélevés
en deux profondeurs 1m et 20m ou 25m selon la profondeur maximale du fond.
 Sortie 2: du 12 au 15 Avril 2009, 12 stations de prélèvement à la surface de l'eau de mer
et à 10m de profondeur, soit 24 échantillons récoltés.
27

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

 Sortie 3: deux jours de prélèvement, le 5 et le 11Mai 2009. 18 stations ont été
échantillonnées sur trois profondeurs (1m, 5m et 10m).


Campagnes océanographiques 2008.

 Sortie: effectuée le 04 et 06 Mai 2008, les prélèvements des échantillons d’eau de mer ont
été effectués sur 18 stations réparties en quatre radiales. 36 échantillons répartis en deux
profondeurs 1m et 10m.


Campagnes océanographiques 2006.

 Sortie1: effectuée au niveau de la baie d’Alger à bord du navire océanographique
M.S.Benyahia, en Février 2006. 15 stations réparties en trois radiales sont analysées en trois
profondeurs 1m, 5m et 20m.
 Sortie2: effectuée au niveau de la baie d’El Djamila les travaux ont été réalisés en mois
d’Avril 2006. Le prélèvement d’échantillons d’eau de mer au niveau de quinze stations est
réalisé à différentes profondeurs 1m, 5m et 10m.


Campagnes océanographiques 2003.

Les prélèvements ont été effectués le 21/03/2003 à bord de l’embarcation océanographique
IBTASSIM très adoptée au travail côtier (12.5 m de longueur), équipé d’un échosondeur de type
NAVICOM.NF-180 et d’un G.P.S. (Global Position System) de type GARMINGPS120.
Nous avons réalisé des prélèvements en surface de l’eau de mer au mois de mars 2003 sur 15
stations dont trois se trouvent au niveau du port d’Alger.
 Campagne océanographique 2002.
Lors de la campagne, nous avons tenté de couvrir la totalité de la baie d’Alger, des échantillons
d’eau de mer ont été récoltés de 50 stations le 24/06/2002 et à 2 ou 3 niveaux de profondeur pour
chaque station dont le positionnement exact est relevé par le système GPS et la profondeur est
notée pour la détermination de la bathymétrie de la baie. (Houma et al.,2004(c); Saliot et
al.,1992)


Prélèvement des échantillons d'eau de mer.

Le prélèvement d’eau de mer s’est effectué à l’aide de bouteilles de prélèvements à clapets du
type Vandorm de capacité à immersions 0m, 5m, 10m, 20m et 25m immergées aux différentes
profondeurs. Ces dernières sont ouvertes avant leur mise à l’eau et fermées aux profondeurs
requises à l’aide d’un messager qui coulisse le long du câble hydrographique auquel elles sont
fixées.
28

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Ces échantillons sont destinés à l’analyse des paramètres physico-chimiques et des paramètres
indicateurs de la pollution. Les paramètres, température, salinité, oxygène dissous, conductivité,
pourcentage de saturation en oxygène et potentiel d’hydrogène sont mesurés in situ à l’aide d’une

valise multiparamètre de type (Multiline F/SET W.T.W Wissenschaftlich, Technishe, Werstatten);
d'un pH mètre de mesure et d'un turbidimètre pour la mesure de la turbidité qui varie
instantanément avec le rayonnement. Les échantillons d’eau de mer destinés à la mesure de la
matière en suspension, de la chlorophylle sont directement filtrés à bord du navire afin d'éviter
toute contamination. D'autres paramètres sont mesurés au laboratoire, comme les sels nutritifs et
le carbone organique total. Pour le paramètre biologique, le phytoplancton, les échantillons sont
fixés pour l’analyse qualitative et quantitative des espèces phytoplanctoniques marines.

Figure 1.7 : Positionnement des stations de prélèvement destinées aux relevées bathymétriques.

Figure 1.8 : Localisation des stations de prélèvement durant une campagne en hiver 2009.
29

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

2. La baie de Bousmail.
2.1 Description géographique et présentation du site.
Notre site d’étude correspond à la baie de Bousmail (ex : Golfe de Castiglione), qui est limité à
l’est par le promontoire de Ras-Acrata et à l’ouest par le cap du Mont Chenoua. (Figure 1.9)
Il a une superficie de 509 Km². Dans ce vaste domaine maritime, se trouve incluse la baie d’El
Djamila .La baie couvre une superficie de 350 Km2 avec une ouverture de 40 Km orientée du
Sud- Ouest au Nord- Est , soit 2° 54 Est et 36° 48 Nord à 2° 24 Est et 36° 38 Nord.
La région de Bousmail est une zone à vocation touristique et agricole ; sa frange côtière est
soumise principalement aux rejets domestiques des villes et des complexes touristiques qui se
déversent directement dans le milieu naturel sans aucun traitement au préalable dans la plupart
des cas s’accentuant en période estivale. Ajoutant à cela les rejets d’eaux usées véhiculées par les
oueds qui traversent les centres urbains et qui se déversent en mer, drainant les eaux de
ruissellement des terres agricoles, des effluents urbains et industriels; à cela s’ajoute la pollution
due l’activité de la pêche. (LEM, 1998).
 Réseau hydrographique/apports terrigènes.
La baie de Bou-Ismaïl est le réceptacle d’oueds à régime irrégulier, avec un apport des particules
dissoutes ou particulaires très importantes d’origine terrigènes, trois oueds déversent dans cette
baie :
o L’oued Mazafran : possède un bassin versant de 1850 km2, c’est le plus important des oueds
qui débouchent dans la baie. Son débit solide est estimé entre 1400 et 1800 t/km2, tandis que le
débit liquide à 43.8 millions m3/an. Le débit solide à l'embouchure de l’oued est d'environ trois
millions t/an. Ces apports dépendent étroitement du régime hydrologique de l'oued : marqué par
un long étiage de Juin à début Décembre avec des débits représentant 17,38% du débit liquide
annuel. Entre Décembre et Avril, ces débits sont 82,61%, débouchant au niveau d’une plage
sablonneuse entre Douaouda et Zéralda avec un débit de 7.566 m3/s.
o L’oued Nador : Présente un bassin versant d’une superficie de 200 à 300 Km².Son débit
liquide est de 28 millions m3/an (0,89 m3/s). Il regroupe trois oueds qui jouent un rôle important
dans les apports en eaux usées et sédimentation.
o L’oued de Beni-Messous : Est situé entre El-Djamila et « club des pins » à 18 Km à l’ouest
d’Alger. Son débit est faible par rapport au débit des oueds précédemment cités et estimé à 7.7
millions m3/an (0.245 m3/s). (Benzohra, 1993)

30

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1
N

Secteur d'étude

Cap Caxine
Sidi Fredj

Baie de

Bou-Ismail
Mont Chenoua

Wilaya d'Alger
Wilaya de Tipaza

Figure 1.9 (a,b) : Situation géographique et localisation de la baie de Bousmail.

Figure 1.10 : Pollution par les rejets industriels, urbains et les huiles au niveau de la baie de Bousmail.

(Al Sid Chikh et al.,2009)
 Sédimentologie de la Baie de Bousmaïl.
Vers l’embouchure de oued Mazafran et jusqu’à une profondeur de 25m, les sables grossiers
caractérisent la baie. Au-delà de ce dépôt fluvio marin et jusqu’à une profondeur de 10 à 15m, les
sables moyens réapparaissent qu’au niveau de Khemisti sur une zone étroite continue jusqu’à
Tipaza. (Al Sid Chikh et al.,2009)
Une bande de sable fin apparait au large de Sidi-Fredj et Palm Beach à moins de 2 m de
profondeur et tapisse le fond de 15m à 25m tout le long de la baie.
31

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Parallèlement à ces faciès, les sables fins vaseux longent la côte entre 25 à 40m de profondeur.
Au large de Sidi-Fredj (2 à 3Km), un dépôt de sable moyen et gravier. (LEM, 1998).
L’analyse des sédiments de la baie de Bousmaïl a permis de mettre en évidence la grande
diversité sur le plan sédimentaire des fonds de cette baie, neuf faciès, identifiés : les sables fins,
les sables envasés, les vases sableuses, les sables graveleux, les graviers envasés, les sables
grossiers et fins graviers, les vases pures et le faciès rocheux.
La répartition de ces faciès n'est pas identique, ainsi deux régions apparaissent : la région est ou
orientale et la région ouest ou occidentale. Chaque région présente des caractéristiques
sédimentologique propres, fut déjà signalé par Belkessa (1999). Les vases pures sont très
développées dans la région Ouest et forment ainsi une importante vasière littorale, tandis que les
graviers envasés sont dans la région est. Le faciès des sables grossiers et des fins graviers, le
faciès des sables graveleux n’est présent que dans la région orientale ; les sables graveleux se
limitent au secteur oriental. (LEM, 1998).

Figure 1.11 : Carte sédimentologique de la baie de Bou-Ismail (LEM, 1998)

La carte regroupant l’ensemble des pressions que connaissent les sites littoraux du secteur de la
Baie de Bousmail est établie en Figure 1.11 (Belkessa et al.,2008; AlSid ChiKh et al.,2009)
 Bathymétrie de la baie de Bousmail.
La courbe bathymétrique 200m est considérée généralement comme la limite de la marge
continentale algérienne et le domaine des plaines abyssales, sa largeur moyenne est de 24km, elle
atteint 55km au maximum dans la baie de Bou-Ismail.
32

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Le plateau continental, étant très étroit, atteint un maximum de 13km au niveau du Mont
Chenoua et un minimum de 3km entre Sidi Fredj et Alger. Il est caractérisé par une pente de
l’ordre de 2 à 3% avec une ligne d’inflexion nette autour de l’isobathe 100m. Cette pente est
perturbée par quelques pointements rocheux localisés au large du Mazafran et de Bousmail.

Figure 1.12: Carte des pressions naturelles et anthropiques dans la baie de Bousmail.
(Belkessa et al.,2008; AlSid ChiKh et al.,2009)

2.2. Prélèvement d’eau et localisation des stations.
Dans le but d’avoir une variété de mesures et une vue sur l’état de la pollution des eaux
de mer et des sédiments dans la baie de Bousmail, nous avons réalisé plusieurs prélèvements dans
différentes stations.

33

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Figure 1.13 : Topographie de la baie de Bou-Ismail (Leclaire,1972)
 Campagnes océanographiques 2008.
 Sortie1: La mission en mer a été effectuée du 10/04/2008 au 17/04/2008, 40 stations de
prélèvement dont 80 échantillons prélevés en surface et à la profondeur maximale de la
station. 40 échantillons sont destinés à l'analyse sédimentologique.
 Sortie 2: du 15 au 22 Mai 2008, 30 stations de prélèvement à la surface de l'eau de mer
de la baie et à 10m de profondeur, soit 60 échantillons récoltés. La campagne a eu lieu dans
des conditions de mer agitée, ciel clair et vents assez forts de direction Nord Ouest.
Six stations étaient aussi analysées au niveau du grand port Bouharoun de cette région.
 Campagnes océanographiques 2003.
Deux sorties en mer ont été organisées. Au total 59 échantillons d’eau de mer ont été prélevés
pour des différents paramètres physico-chimiques et des indicateurs de la pollution.
La première sortie en mer a été effectuée le 11 et 12/03/ 2003 et la deuxième compagne en Mai
le 04 et 05 /05 /2003 à bord de l’embarcation Océanographique BABA AROUDJ.
Le procédé utilisé pour le prélèvement de l’eau de mer de surface est préconisé par
l’U.N.E.P(1995). L’eau de mer est récoltée à l’avant du navire en arrêt afin de réduire les risques
de contamination par le bateau ( Houma et al.,2004(a)).

34

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Figure 1.14 : Localisation des stations en baie de Bousmail de la première mission de la campagne
océanographique 2008.

2.3 La Baie d’El Djamila.
La baie d’El Djamila se situe à une trentaine de kilomètres à l’ouest d’Alger, elle
représente le quart oriental de la baie de Bou Ismail. C’est une baie relativement fermée, limitée à
l’Ouest par la presqu’île de Sidi Fredj et à l’Est par Ras Acrata (Figure 1.15).
Son rivage est orienté Sud Ouest – Nord Est et ses coordonnées Lambert sont :
2°50’54.744’’ Est et 36°45’43.092’’ (port de Sidi Fredj)
2°53’42.792’’ Est et 36°48’5.796’’ (Ras Acrata),
Les vents sont générateurs de vagues et de courants, leur impact croit avec leur vitesse. Lorsque
l’action du vent est continue, elle génère de la houle. Les résultats des observations effectuées par
l’US naval weather service command (SSMO) au large des côtes d’Alger, notent l’existence de
deux périodes distinctes :
Une période hivernale : (Octobre – Mars) avec des vents dominants de secteur Ouest et Nord
Ouest ; avec des fréquences allant de 60 à 88% par le secteur Ouest et des fréquences de 90 à
99% pour le secteur Nord Ouest.
Une période estivale : (Avril – Septembre) avec des vents dominants de secteur Est et Nord Est ;
avec des fréquences de 45 à 75% pour le secteur Nord Est. (LEM, 1998).

35

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Puisque la côte algérienne est caractérisée par de faibles profondeurs, les courants marins sont
relativement faibles. Les données recueillies à partir d’observations enregistrées au large des
cotes algériennes par le KMNI (Institut Météorologique Royal Néerlandais) montrant que :
 Plus de 73% du temps, les courants ont une vitesse inférieure à 0.5 nœud (0.25 m/s)
 Plus de 90% du temps, ces courants ont une vitesse inférieure à 1 nœud (0.5 m/s)
 Dans seulement 1% du temps, des courants d’une vitesse plus grande que 2 nœuds
(1 m/s) ont été observés.
En hiver : les houles les plus importantes et les fréquences observées viennent de l’Ouest avec
les plus grandes amplitudes entre 2 et 2.5 m. Les houles maximales peuvent atteindre les 4 à 6
mètres.
En été : les directions les plus observées sont d’origine Est, ainsi que les houles Nord Est avec
une fréquence moins importante et des amplitudes généralement plus faibles, de 0.5 à 1m. Le
secteur Nord a une répartition assez régulière durant l’année.

Figure 1.15 : Situation géographique de la baie d’El Djamila.



Dynamique sédimentaire.
La dynamique sédimentaire est la résultante d’actions hydrodynamiques (ou fluides) et

solides, réagissant l’un sur l’autre (Broman et al., 1988).Son équilibre est très sensible à tout
changement pouvant entraver son processus. On note la dominance du sable grossier surtout au
voisinage du port d’El Djamila, ces sédiments sont bien classés (AlSid ChiKh et al., 2009).

36

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Au niveau de la côte à l’est du port d’El Djamila, le dynamisme est important, provoqué par
l’intensité des houles de l’Ouest, Nord – Ouest et Ouest – Nord – Ouest. Ces houles ont contribué
au démantèlement de la falaise du Ras Acrata et du platier rocheux.
Ces houles de secteur Ouest – Nord–Ouest sont d’incidence frontale sur le site, engendrant un
courant de retour qui prend les sédiments de la côte et les dispersent au large. Ainsi les sédiments
les plus fins se déposent au large. Ces houles provoquent ainsi bien l’érosion de la cote située à
l’Ouest du port d’El Djamila (Zéralda, Sidi Fredj, Moretti, Staouéli, etc.…) que le charriage des
apports de l’Oued Mazafran.
L’incidence oblique des houles du secteur Ouest engendre une dérive littorale qui entraîne les
matériaux sableux vers l’Est dans le domaine infralittoral. La dérive littorale s’écoulant de
l’Ouest présente un impact très important en charriant les sédiments vers l’Est.
(Houma et al., 2006; AlSid ChiKh et al.,2009; Millot,1985)

Figure 1.16 : Répartition sédimentologique de la baie d’El Djamila (Campagne 2006)

 Bathymétrie.
Les isobathes du centre de la baie sont pratiquement parallèles à la côte, avec une faible pente, au
niveau de Ras Acrata (à l’Est) et Sidi Fredj (à l’Ouest). Un resserrement des isobathes qui se
traduit par une pente moins douce qu’au centre de la baie, ceci étant normal vu que les deux
zones sont rocheuses et accidentées. (Figure 1.16).
Plus à l’ouest (Moretti) entre les isobathes 5m et 15m, on a une large zone régulière à pente très
douce.
37

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

 Prélèvement d’eau et localisation des stations.
Dans la baie d’El Djamila les prélèvements ont été effectués sur 21 stations réparties en 7 radiales
en période d'hiver et une autre période en Avril 2006. (Campagne 2006)
Les échantillons destinés à l’analyse granulométrique et des carbonates ont été récupérés dans des
sachets en plastiques préalablement étiquetés puis rapportés au laboratoire.

Figure 1.17 : Localisation des stations dans la baie d’El Djamila. (Campagne 2006)

3. Analyse et mesure des paramètres physico-chimiques.
3.1 Température (T).
C’est une caractéristique physique importante, elle joue un rôle dans la solubilité des sels et
surtout des gaz, dans la détermination du pH pour la connaissance de l’origine de l’eau des
mélanges éventuels. Sa mesure est nécessaire pour accéder à la détermination du champ de
densité et des courants (Rodier,1997). D’une façon générale, la température des eaux
superficielles est influencée par la température de l’air et ceci d’autant plus que leur origine est
moins profonde.
Par sa contribution à la détermination de la densité des eaux (Gaujous, 1995), sa mesure est
nécessaire à la détermination de la stratification verticale, la valeur de saturation des gaz dissous
(en particulier l’oxygène) et la circulation océanique (Aminot & Kérouel, 2004).
La température joue un rôle important dans les cycles biologiques par son influence sur ses
activités dont dépend la production totale et sur la répartition des espèces (preferendums
thermiques). Dans les océans, la température décroit de la surface vers le fond. Elle varie en
fonction des autres descripteurs physico-chimiques, telle que la pression.
38

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Dans les eaux de surface, sa variation dépend essentiellement des phénomènes climatiques
(Aminot et Chausse-Pied, 1983). La mesure de la température est indispensable pour le traitement
ou l’interprétation d’autres paramètres tel que : la saturation des gaz dissous et la mesure du pH.
(Aminot et Kérouel, 2004).

3.2 Oxygène dissous (OD).
L’oxygène moléculaire dissous est un paramètre important du milieu qui gouverne la majorité des
processus biologiques des écosystèmes aquatiques. La concentration en oxygène dissous est la
résultante des facteurs physiques (température, échange air-mer et la salinité), chimiques
(oxydation chimique) et biologiques (photosynthèse, respiration et régénération). (Rodier, 2005)
La teneur en oxygène dissous peut subir des variations importantes. Elle dépend de la
température et de la salinité de l'eau, de la pression et de la température de l'air. Le déficit en
oxygène est évalué par la teneur en matière oxydable (Burns & Saliot, 1986). Dans les eaux de
surface l'oxygène joue un rôle fondamental dans le maintien de la vie aquatique et dans les
phénomènes d'auto- épuration. Par exemple, quand la température augmente, la solubilité de
l'oxygène diminue et les bactéries plus nombreuses consomment plus d’oxygène, d'où la
diminution de la teneur en oxygène dissous. La mesure de la température en degré Celsius (C°)
et l’oxygène dissous en mg/l, à été effectué in situ par la méthode électrochimique.
La concentration de l’oxygène de l’eau est sous influence des processus biologiques. Ces derniers
permettent soit, sa saturation dans les zones eutrophes (accroissement important du
phytoplancton), une eau très aérée est généralement sursaturée en oxygène ou la sous-saturation
de l'eau dans les zones riches en matières carbonées dégradables par des micro-organismes
(oxydation de la matière organique, nitrification de l’azote ammoniacal) (Aminot & ChaussePied, 1983). Dans le cas de leur absence, sa concentration dans l’eau de mer en contact de l’air
n’est qu’en fonction de la pression atmosphérique, la température et de la salinité de l’eau, on
parle de la concentration d’équilibre ou saturation (Rodier, 1997; Aminot & Kérouel, 2004).
♦ Mesure de la Température et de l’Oxygène dissous.
Nous avons utilisé l’oxymètre de type OXI 330I/SET Wissenschaftlich Technische Werkstatten
(WTW pour mesurer l’oxygène dissous et température. Cet appareil est muni d’une sonde
électrolytique que l’on plonge dans la bouteille de prélèvement, ensuite les valeurs de l’oxygène
dissous et la température s’affichent par une unité de mg/l et °C avec une précision de ± 0,5 %
lecture. L’oxymètre donne aussi la valeur du pourcentage de saturation en oxygène dissous.
39

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

3.3 Potentiel d’hydrogène (pH).
C’est un paramètre chimique caractérisant l’acidité ou la basicité d’un milieu. Il résulte de la
composition ionique de l'eau, et essentiellement de la présence des carbonates issus de l'échange
de dioxyde de carbone (CO 2 ) à l’interface air-mer, ainsi que de la dissolution du calcaire (Aminot
& Kérouel, 2004). En théorie, le pH est défini comme le cologarithme décimal de l’activité de
l’ion H +.Le pH dépend de la teneur en dioxyde de carbone; c’est à dire une modification de CO 2
(Respiration, photosynthèse, échange air- océan) entraînera donc une modification du pH.
(Ramade, 2000).
En plus des processus physiques, chimiques, biologiques, l'accumulation de matières organiques
d'origine continentale et la contamination par des rejets urbains ou industriels contribuent à la
modification du pH naturel. En l'absence d'influences externes, le pH est le reflet des équilibres
entre les espèces chimiques majeures du milieu, mais il est également l'indicateur de certaines
pollutions directes ou indirectes (Aminot & Kérouel, 2004).
En moyenne, le pH de l’eau de mer, voisin de 8,2 donc il tend vers un milieu basique. Le pH a été
mesuré à l’aide d’un pH mètre de terrain de type 315/SET (WTW) d’une précision de ± 0,01
muni d’une électrode de verre à compensation de température. (Rodier,2005)

3.4 Salinité S (Pratical Salinity Unit).
La salinité est importante dans le milieu marin, par son influence sur la densité de l’eau
de mer, elle permet de connaître la circulation océanique, d’identifier les masses d’eaux
d’origines différentes et de suivre leurs mélanges au large comme à la côte ou dans les estuaires.
La salinité est une propriété de l’eau de mer qui est fondamentale à l’étude du milieu marin,
(Aminot & Kérouel, 2004), il forme avec la température deux descripteurs de base des masses
d’eaux (bon traceur du mélange des eaux) (Aminot & Chausse-Pied, 1983).
Elle correspond à la teneur en sels dissous de l'eau de mer peut être mesurée et exprimée de
différentes manières suivant que l'on considère l'ensemble des corps ; ou seulement les sels
dominants (Rodier,1996). Les mesures de salinité ont été réalisées par la méthode
conductimétrique grâce à un salinomètre à induction (portable) de type Beckman industrial.
Elle est mesurée à l’aide d’un salinomètre ASE BROWN BOUERI (ABB) KENT EIL 5005 type
MC5 entre les bornes : 0 PSU et 39.5 PSU. L’étalonnage est réalisé à l’aide d’un thermomètre
indiquant la température d’une eau normale à 35 PSU.

40

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

3.5 Conductivité électrique (C)
La conductivité électrique d'une eau est la conductance d'une colonne d'eau comprise
entre deux électrodes métalliques (Rodier, 2005). La conductivité de l'eau de mer est très élevée
en raison de la forte concentration en sels dissous (Aminot & Kérouel, 2004), du fait qu’elle
permet d’évaluer la charge totale en électrolytes d’une eau (Ramade, 2000).
La conductivité est également fonction de la température de l'eau. Les résultats de mesure doivent
donc être présentés en termes de conductivité équivalente à 20 ou 25°C. Mesuré sur le terrain, ce
paramètre permet de caractériser l’eau. La conductivité d'un échantillon peut être déterminée par
comparaison avec la conductivité d'une eau de mer standard (eau de mer normale) dont la salinité
est de 35 % (Rodier, 2005).

3.6 Transparence de l’eau.
Pour une description complète et satisfaisante d’une masse d’eau, la mesure de la
transparence du milieu est indispensable, c’est-à-dire la pénétration de la lumière (Aminot &
Chausse-Pied, 1983). La connaissance de ce facteur a une double importance, il détermine
l'intensité lumineuse pénétrant sous la surface, donc l'épaisseur de la couche photosynthétique
productive, où s'élabore la matière vivante grâce à la photosynthèse. Il permet également une
approche de la quantité de particules en suspension (Aminot & Chausse-Pied, 1983).
Son principe repose sur la mesure de la profondeur de disparition du disque de Secchi, ce dernier
détermine la "profondeur de Secchi" (Rodier ,2005). Cette méthode sert à évaluer la profondeur
de pénétration verticale de lumière dans l'eau.
Ainsi la transparence permet de définir la turbidité du milieu, qui selon la norme ISO7027
(AFNOR, 1999 in Aminot & Chausse-Pied, 1983) c'est la réduction de transparence d'un liquide
due à la présence de substances non dissoutes.
 Paramètres indicateurs de la pollution.
3.7 Turbidité (Tu).
La turbidité minérale se définit comme "l'expression de la propriété optique qui fait que la
lumière est dispersée et absorbée plutôt que transmise en ligne droite à travers un échantillon,"
cette dispersion étant provoquée par l'interaction de la lumière avec les particules en suspension
dans l'échantillon. La turbidité varie inversement avec la limpidité, elle croit et décroît selon que
la concentration de solides en suspension augmente et diminue.
41

Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Cependant, la quantité et la couleur de la lumière dispersées par chaque particule dépendent de la
taille, de la forme, de la composition et de l’indice de réfraction de ces dernières. Des solutions
de concentrations égales de solides en suspension, mais de composition différente, ne dispersent
pas forcément la même quantité de lumière.De ce fait, la turbidité est liée aux solides en
suspension.La mesure s’effectue à l’aide d’un turbidimètre terrain qui donne la turbidité ou la
NTU (Nephelometric Turbidity Unit). (Halmann, 1996)
La turbidité d’une eau est due à la présence des matières en suspension finement divisées :
Argiles, limons, grains de silice, matière organiques, etc. (Rodier, 1996). La description d’une
masse d’eau ne saurait être satisfaisante sans une référence à la transparence du milieu, c’est à
dire à la pénétration de la lumière. La connaissance de ce facteur a une double importance :
♦ Il détermine l’intensité lumineuse pénétrant sous la surface.
♦ Il permet également une approche de la quantité de particules en suspension.

3.8 Matières en suspension (MES).
D’après Ivanoff (1972), en plus des substances dissoutes, l’eau de mer contient des
matières en suspension d’origines minérales ou organiques, vivantes ou détritiques, de nature
biogénique, terrigène, éolienne ou météoriques. Les matières en suspension dans les eaux de mer
sont donc de dimensions très variables. Elles comportent tous les composés ayant un diamètre
supérieur à 0.45 µm et elles peuvent être un indice de pollution. Elles sont transportées au sein de
la masse d’eau qu’elle soit douce, marine ou résiduaire. (Aminot & Chausse-Pied, 1983).
D’une part, les particules réduisent la transparence de l’eau de ce fait la production primaire
photosynthétique, d’autre part elles présentent une surface de contact importante pour des
échanges physico-chimiques ou biologiques avec l’eau de mer. (Mertes et al.,1993).

Des teneurs élevées en matières en suspension peuvent empêcher la pénétration de la lumière,
diminuent l'oxygène dissous et limitent alors le développement de la vie aquatique en créant des
déséquilibres entre diverses espèces. Elles peuvent être aussi responsables de l'asphyxie des
poissons par colmatage des branchies. (Rodier, 1997; Berne & Cordonnier., 1991)
Elles peuvent aussi interférer sur la qualité d'une eau par des phénomènes d'adsorption
notamment de certains éléments toxiques, et de ce fait être une voie de pénétration de toxiques
plus ou moins concentrés dans l'organisme (Sirone et al., 1986). Selon leur nature, elles sont
également une source nutritive non négligeable pour la faune.
42

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Elles peuvent être aussi considérées comme des transporteurs importants des polluants,
fertilisants, toxiques et biologiques (Lacaze, 1996(a)). Dans les océans, la concentration en
matières en suspension est faible : elle diminue de la surface jusqu’au fond. Par contre, les plus
importantes teneurs en matières en suspension sont aux niveaux des milieux côtiers et estuariens.
L’analyse consiste à faire passer sur une membrane filtrante qui aura été préalablement pesée P1,
une quantité connue d'effluent à analyser. Après passage à l'étuve à 110°C, la membrane est à
nouveau pesée P2. La différence entre P2 et P1 représentera la quantité de matières retenues sur
la membrane filtrante, puis séchée lors du séjour en étuve ; se sont les MES, elles s'expriment en
mg/l. La concentration de la matière en suspension (MES) s’obtient donc par l’expression :
MES (mg/l) = P 2 – P 1 / V

(1.1)

P 1 : le poids du filtre avant filtration (mg).
P 2 : le poids du filtre après la filtration (mg).
V : volume d’eau de mer filtrée en litres.

3.9 La Demande Chimique en Oxygène (DCO).
Elle correspond à la quantité d'oxygène nécessaire pour oxyder dans des conditions
opératoires définies, les matières organiques présentes dans un échantillon donné. La DCO
constitue la mesure de tout ce qui est susceptible de demander de l’oxygène en partie les sels
minéraux oxydables, les sels de métaux et la majeure partie des composés organiques, elle permet
donc d’évaluer la quantité totale de pollution organique. (Burns &Villeneuve, 1982; Volhardt &
Schore, 1995). L'oxydation est réalisée ici par un oxydant chimique énergique ayant un pouvoir
d'oxydation puissant (le bichromate de potassium à chaud en milieu acide) en présence d'un
catalyseur (ions Ag2+). Ce dosage se fait à 140-150°C durant deux heures. La quantité de réactif
consommé pour l'oxydation des matières organiques présentes, rapportée en mg/l d'oxygène,
correspond à la DCO. Le dosage ne renseigne pas sur la nature des éléments présents et peut être
faussé selon la teneur en chlore (ions Cl-).L'interférence des chlorures peut être éliminée
partiellement (cela dépend de la concentration) par l'ajout de sulfate de mercure (Hg II) à la prise
d'essai. (Rodier, 1997)

3.10 Matière organique particulaire (MOP).
Les facteurs physiques, biologiques et chimiques (disponibilité d’éléments nutritifs)
contrôlent l’activité biologique des espèces trophiques primaires de l’environnement marin.
43

Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Les nutriments sont assimilés par le phytoplancton pendant la photosynthèse et produisent la
matière organique considérée comme une source d’énergie et de nutriments pour les microorganismes (bactéries, protozoaires), elle correspond à la fraction endogène qui est facilement
dégradée.
La fraction endogène correspond à la matière organique produite par l’assimilation des
nutriments par le phytoplancton lors de la photosynthèse. Cette matière organique qui est
facilement dégradable serra source d’énergie et de nutriments pour les microorganismes
(bactéries, protozoaires) (Boulahdid, 1987). Reste la fraction exogène formée par les débris des
animaux et des végétaux possède une certaine résistance à la dégradation bactérienne. Cette
fraction est nécessaire au fonctionnement des cycles biogéochimiques par la régénération des sels
nutritifs (Lacaze, 1980; Aminot & Kérouel, 2004).

La méthode de mesure de la matière organique consiste à préparer les filtres de 0.45 µm de
diamètre de pores de la même façon que pour les filtres de la matière en suspension.
(Conditionnement des filtres puis filtration de l’eau de mer et séchage à l’étuve à 70°C pendant
deux heures). Les filtres sont alors pesés avec précision dans des creusets (P1). Ensuite les
creusets avec filtres sont passés au four à moufle à 450°C pendant 2 heures. Les creusets et filtres
sont à nouveau pesés (P2). La différence de ces deux poids obtenus P1 et P2 nous donne le poids
de la matière organique brûlée :

MOP (mg) = P1- P2

(1.2)

P1: Poids du creuset et du filtre avant séchage
P2: Poids du creuset et du filtre après séchage.
La teneur en matière inorganique particulaire est obtenue par la différence de poids des filtres
avec les creusés avant et après calcination, ainsi la soustraction de la concentration de la matière
inorganique particulaire de celle de la matière en suspension permet de connaître la masse de
matière organique particulaire. La MOP est majoritairement d’origine phytoplanctonique.

4. Analyse des Nutriments.
Les éléments nutritifs qui limitent l’activité photosynthétique des organismes
photosynthétiques sont : l’azote, le phosphore et le silicium sou leur forme oxydée, d’où leur
appellation « éléments bio-limitants » (Copin Montégut, 1996). Les sels nutritifs, dans l’eau de
mer ont plusieurs origines qu’on peut regrouper en deux types de sources (externes et internes).

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Chapitre 1



Campagnes océanographiques & échantillonnage

Source externe : elle regroupe tous les apports continentaux déversant en mer, qu’ils

soient par voie éolienne ou par voie fluviatile ;


Source interne : elle représente l’origine la plus importante, elle est assurée par des flux

verticaux et leur régénération à partir de la matière organique issue de la photosynthèse effectuée
par les organismes autotrophes dans la couche euphotique (Levitus et al, 1993).
Ainsi par les excrétions des microorganismes marins libèrent une certaine forme de sels nutritifs.
La production primaire des eaux de surface est basée sur les sels nutritifs et la lumière, ainsi ils
reflètent la richesse et la fertilité des eaux marines. Ce sont donc des traceurs chimiques non
conservatifs et leur variation est gouvernée par les facteurs physiques, chimiques et biologiques
(Jacques & Tréguer, 1986). Pour cela, ils forment un outil très important pour la caractérisation et
l’identification des masses d’eau et la compréhension de certains phénomènes océaniques :
circulation des eaux, production primaire marine, diffusion des sédiments marins.


L’Azote moléculaire

Prélevé de l’atmosphère, il constitue un élément essentiel des structures vivantes. Selon son degré
d’oxydation, il existe sous trois formes : nitrates (NO3-), nitrites (NO2-) ammonium (NH4+), et de
composés organiques tels que l’urée ou les acides aminés. Ce sont les formes d’azote utilisables
par le phytoplancton (Jaquet ,2008; Copin-Montégut,1996; Hutchinson, 1957).
 L’ammonium (NH4+)
L’azote ammoniacal provient des excrétions animales et de la décomposition bactérienne
des composés organiques azotés. Dans les eaux marines, l’azote ammoniacal se trouve à des
concentrations inférieures au µmole/l. En effet, il est présent sous deux formes en solution,
l’ammoniac (NH3) et l’ammonium (NH4+) dont des proportions relatives dépendant du pH, de la
température et de la salinité du milieu (Aminot & Chausse-Pied,1983). Ces deux espèces
traduisent un équilibre acido-basique. A proximité des émissaires urbains, l’ammonium devient
un bon traceur de pollution urbaine avec des concentrations pouvant atteindre plusieurs centaines
de micromoles par litre. (Lacaze,1996(b).
 Les nitrates (NO3-)
Les nitrates sont une forme oxydée stable de l’azote en solution aqueuse et elles sont la
forme la plus répondue dans l’océan (65% du stock de l’azote).
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Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

Leur concentration varie entre 0 μmole/Là la surface et à plus de 45 µmole/L dans les eaux
profondes. Mais dans les estuaires, lorsque la salinité décroît par l’effet des apports terrigènes,
leur concentration peut atteindre plusieurs centaines de micromoles par litre. Les nitrates résultent
de l'oxydation des nitrites par des bactéries (nitrobacter) lors de la réaction de nitratation. Elles
entrent dans le cycle de l’azote comme support principale de la croissance phytoplanctonique.
(Aminot & Chausse-Pied,1983).
 Les nitrites (NO2-)
Etant dans le cycle de l’azote, un ion en état transitoire au même titre que l’ammonium,
expliquant ainsi les faibles concentrations rencontrées en milieu marin qui sont de l’ordre de zéro
à quelques micromoles par litre d’azote nitreux. Les concentrations des nitrites connaissent des
variations saisonnières, qui varient en hiver entre 0.5 et 1 µmol/l et atteignent des valeurs très
faibles en été (< à 0,01µmol/l) suite au développement du phytoplancton. Les nitrites proviennent
des deux réactions suivantes : (Aminot & Chausse-Pied,1983)
 L’oxydation de l’ammonium par la réaction de nitrosation qui est exothermique opérée
par des bactéries (Nitrosomonas) :
NH4+ + 3/2O2

NO2- + 2H + 2H2O

Nitrosation

 La réduction des nitrates dans les milieux anoxiques ou pauvres en oxygène dissous,
opérée par les bactéries anaérobiques, selon la réaction suivante:
NO2- + ½ O2

NO3-

Nitratation

 Les phosphates (PO43-)
Dans l’eau de mer, le phosphore existe sous forme organique et inorganique, dissous et
particulaire. Les Orthophosphates présentent la forme la plus abondante PO43- (10 %) et HPO4(90%) et (1%) de H2PO4 (Aminot & Chausse-Pied,1983). A l’état d’équilibre, elles se trouvent
avec des teneurs assez faibles en surface (0 à 1 µmol/L) à cause de leur consommation par le
phytoplancton (bloom printanier) (Copin-Montégut, 1996), et ces teneurs augmentent avec la
profondeur au dessous de la couche euphotique pour atteindre un maximum qui correspond au
minimum de l’oxygène dissous, avec une légère fluctuation selon la région océanique.
 La silice dissoute.
L’élément nutritif silicium entre dans la composition des squelettes de certaines espèces
phytoplanctoniques (Diatomées, Radiolaires…) (Aminot & Chausse-Pied,1983).
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Campagnes océanographiques & échantillonnage

Chapitre 1

A pH moyen de l’eau de mer (~8.2), les formes majoritaires dissoutes dans l'eau de mer étant à
95 % sous les formes d'acide orthosilicique, Si(OH)4, 5 % Si(OH)3- (Aminot & Kérouel, 2004).
La distribution verticale de l’acide silicique diffère de celle du phosphore ou de l’azote. Les
concentrations augmentent lentement avec la profondeur pour atteindre généralement leur
maximum au fond (Guy, 2006). Les silicates sont régénérés à différentes vitesses et par différents
processus et, à présent, il y a toujours une incertitude sur les facteurs qui contrôlent le budget
marin des silicates (Jacques & Tréguer, 1986).
Les méthodes utilisés pour le dosage des sels nutritifs (NO3-, NO2-, PO43-, SiO2 et NH4+) est le
dosage par colorimétrie à flux continu et automatisé sur l’appareil « Auto Analyser San Plus »
S.F.A.S troisième génération selon les protocoles définis par SKALAR®1998.

5. Couleur de l’eau et paramètres biologiques.
La théorie de la mesure optique de la couleur de l’eau est basée sur le fait que les
constituants de l’eau, qu’ils soient de la matière organique ou inorganique particulaire ou des
substances dissoutes, affectent sa couleur (Bukata et al.,1995). Le principe de mesure de la
couleur de la surface des océans dépend des différentes particules en suspension (phytoplancton
et sédiment), ainsi que de certaines substances dissoutes colorées (substances jaunes ou CDOM
(Colored Dissolved Organic Matter) (Gohin et al, 2006; Jacquet, 2000).
La couleur de la mer s'étend du bleu au vert. Le bleu indigo caractérise les mers tropicales et
équatoriales, lorsqu'il y a peu de production biologique. A des latitudes plus grandes, la mer est
bleu-vert voire verte dans les régions polaires. Les eaux côtières sont en général verdâtres. Il y a
deux facteurs contribuant à la couleur bleue de l'océan aux faibles latitudes, lorsqu'il y a peu de
production biologique. En eau profonde, lorsque l'on regarde sous l'eau, la lumière que l'on voit
est celle diffusée par les molécules d'eau. La diffusion étant plus importante pour les petites
longueurs d'onde que pour les grandes longueurs d'onde (principe de Rayleigh), l'eau parait bleue.
Tableau 1.1 : Couleur de l’eau en fonction des particules présentes (Hoareau, 2005).
Substance dans l'eau

Couleur absorbée

Apparition de l'eau

Matière jaune (Gelbstoff)

Le bleu

Jaunâtre

MOP

Le bleu

Jaune

Chlorophylle

Les deux extrémités du spectre (rouge et violet)

Verte

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Chapitre 1

Campagnes océanographiques & échantillonnage

De plus les composantes rouges et jaunes de la lumière solaire sont absorbées en quelques
mètres, la seule composante susceptible d'être diffusée est donc le bleu. Dans les régions où la
productivité biologique est importante, la chlorophylle contenue dans le phytoplancton absorbe la
composante bleue et la lumière se décale vers le vert (Hoareau, 2005).
L’analyse de cette couleur de l’eau se fait à l’aide de capteurs placés sur des plateformes
satellitaires en orbite autour de la Terre (Antoine et al., 2008 ; Bricaud et al., 2002). Ces capteurs
mesurent l’intensité des rayonnements par la surface des océans (water-leaving radiance) dans
différentes gammes de longueurs d’onde (bandes). La radiance de l’eau ainsi mesurée tient
compte des interactions avec la colonne d’eau et les particules. Chaque composant ayant une
signature spectrale qui lui est propre, il est possible, à partir de ces mesures, d’en déterminer la
concentration (Morel & Prieur, 1977; Gordon & Morel, 1981 in Gohin & Oger-Jeanneret,2006).
La détermination de ces concentrations permettra d’estimer la productivité primaire du
phytoplancton et donc d’évaluer son état de santé qui est le témoin direct d’une éventuelle
pollution des eaux.
 Chlorophylle.
La chlorophylle est un composé chimique indispensable à la photosynthèse. Sa présence dans
tous les organismes végétaux, associée à l’énergie solaire, lui permet de synthétiser ses propres
matières organiques carbonées à partir du carbone minéral. Dans les milieux aquatiques, les
algues possèdent une diversité de pigments dont les plus importants sont les chlorophylles a, b,
c1, c2 et d. La chlorophylle a est le pigment photosynthétique principal du phytoplancton qui est
considéré comme étant un bon indicateur de la santé de l'océan et de son niveau de productivité et
de la biomasse phytoplanctonique (Aminot & Chaussepied,1983).
La concentration de chlorophylle est utilisée pour l’estimation de la production primaire (Eppley
& Peterson, 1979).


Les phéopigments
Dans les milieux strictement marins, les phéopigments (groupes de pigments

chlorophylliens) résultent du broutage et de la dégradation de cellules et, par conséquent, ne sont
pas physiologiquement actifs. La mesure des phéopigments est utilisée comme critère de l’état
physiologique des populations phytolanctoniques, plus la proportion de phéopigments est élevée
par rapport à la chlorophylle a, plus les cellules algales sont vieilles, dégradées ou broutées par le
zooplancton.
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