[Applications hyperspectrales] Surveillance des cyanobactéries du lac Taihu basée sur le satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

Introduction générale

La télédétection satellitaire joue un rôle crucial dans la surveillance de la qualité des eaux continentales, permettant l'obtention de paramètres clés sur une vaste zone, relativement rapidement et à moindre coût. Cependant, cette surveillance impose également des exigences élevées à la télédétection satellitaire : les petites masses d'eau nécessitent une haute résolution spatiale ; l'évolution rapide de la qualité de l'eau requiert une haute résolution temporelle ; et les caractéristiques optiques complexes et variables des masses d'eau exigent une haute résolution spectrale. Par conséquent, les données satellitaires qui répondent simultanément à des résolutions spatiale, temporelle et spectrale élevées présentent des avantages considérables pour la surveillance des eaux continentales.

La phycocyanine (PC) est un co-pigment courant chez les cyanobactéries. Son pic d'absorption se concentre dans la gamme d'environ 620 à 650 nm, ce qui entraîne une diminution locale de l'absorption (ou une réflectance relativement faible) dans cette bande.

En présence d'une abondante communauté de cyanobactéries à la surface de l'eau, la résistance de surface (Rrs(l)) est relativement faible dans cette bande d'absorption, et l'absorption est généralement faible, voire nulle, de part et d'autre de la bande. En se basant sur ce principe de « dépression locale », la profondeur d'absorption peut être quantifiée par la méthode « hauteur du pic/ligne de base », servant ainsi d'indicateur de la présence et de la concentration de cyanobactéries.

Méthodes et principes

Les données de réflectance de surface des satellites Sentinel-2 L2C et Xiguang-1 05 (Tianxianpei) ayant survolé la zone aux alentours du 18 juin 2025 ont été sélectionnées pour les calculs. La couverture nuageuse était inférieure à 10 % et le ciel était dégagé avant et après le passage des satellites.

Tableau 1. Paramètres du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpei)

Tableau 2 Paramètres de bande de Sentinel-2

Indice de phycocyanine (PCI)

La bande hyperspectrale optimale se situe entre 620 et 650 nm. Une interpolation linéaire est effectuée entre 600 et 650 nm afin d'établir une ligne de base. La différence entre cette valeur de base à 620 nm et la valeur réelle de Rrs(620) est ensuite utilisée comme indice de polarisation croisée (PCI). Lorsque cette différence est négative (absorption), on utilise généralement sa valeur absolue ou le signe opposé pour exprimer l'« intensité d'absorption ».

Analyse des résultats

Cette comparaison utilise les données du satellite Xiguang-1 05 (également connu sous le nom de Tianxianpei) et de Sentinel-2. Les résultats de la comparaison sont les suivants :

Figure 1. Image composite RVB Sentinel-2 20250616

Figure 2. Synthèse RGB de l'étoile Xiguang n° 1 05 (Tianxianpeihao) 20250618

Figure 3 Distribution PCI Sentinel-2 (20250616)

Figure 4. Carte de répartition PCI du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250618

La comparaison des cartes de distribution ci-dessus montre que les tendances de distribution spatiale des satellites Xiguang-1 05 (Tianxianpei) et Sentinel-2 PCI sont globalement cohérentes et similaires. La partie ouest du lac Taihu est sujette à d'importantes proliférations de cyanobactéries, probablement dues à la concentration des apports fluviaux qui y déposent de grandes quantités de nutriments favorisant la croissance des algues, ce qui entraîne des proliférations de cyanobactéries et une augmentation de la concentration en chlorophylle a. Les parties centrale et orientale du lac Taihu sont moins touchées, ce qui explique une meilleure qualité de l'eau que dans la partie ouest. La végétation aquatique se développe dans la partie orientale du lac, et la concentration en chlorophylle a y est plus faible. La zone centrale du lac est une zone de prolifération à grande échelle ; lorsqu'une prolifération survient en été, elle couvre une vaste superficie. Les proliférations sont rares dans la partie sud-ouest du lac, et quasi inexistantes dans la partie orientale, ce qui indique un environnement plus favorable dans cette dernière. Certaines différences existent dans la partie centrale du lac, principalement dues aux variations des temps de transit des satellites ; les proliférations estivales de cyanobactéries dans le lac Taihu présentent des variations temporelles significatives.

Globalement, l'indice PCI du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) conserve un degré élevé de cohérence et d'utilisabilité avec les résultats des données Sentinel-2.