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This PhD. aims at assessing the ability of emerging fluvial remote sensing techniques (such as terrestrial and topo-bathymetric LiDAR, hyperspectral imaging, and thermal infrared imaging) to characterize and monitor fluvial corridors. The study site is the lower basin of the Ain River which is affected by a range of issues related to channel incision, and is the location of a gravel augmentation project. First, we use hyperspectral imaging to predict channel bathymetry for a reference discharge and depths up to 2.5 meters along a river reach of 20 km. This allows us to confirm the ability of hyperspectral optical models to be extrapolated to a long river reach, and to retrieve with a single campaign bathymetric data for multiple discharge conditions. We study the errors occurring along the 20 km reach and then we use the same methodology to identify morphological changes occurring between 2015 and 2022 and to therefore evaluate its applicability for change monitoring. Second, we combine forestry field surveys with LiDAR and hyperspectral data in order to characterize the riparian forest. We demonstrate the ability of such datasets to describe morphological changes along an age gradient and to predict the degree of hydrological connection of the riparian forest. Changes in the physical site conditions of the riparian forest due to channel incision leads to dryer forest conditions, and suggests the presence of potential water stress at the plot level. Third, we explore this water stress hypothesis by using thermal infrared imaging and eco-physiological field measurements. While mounting thermal infrared sensors on an airborne vector can enable water stress characterization, targeting a specific acquisition window or acquiring multiple campaigns is required to detect stress conditions due to their variability during summer. This work then allows us to make recommendations for both the management and restoration of fluvial systems and the use of remote-sensing data to characterize and monitor such environments.; Cette thèse explore le potentiel des outils émergents de télédétection fluviale (LiDAR terrestre et bathymétrique, imageur hyperspectral, imageur infra-rouge thermique) pour la caractérisation et le suivi des corridors fluviaux. Le cadre géographique d’application est la basse vallée de l’Ain, concernée par des enjeux liés à l’incision du chenal et par un projet de recharge sédimentaire. Dans un premier temps, l’imagerie hyperspectrale nous permet de restituer les profondeurs d’eau sur un linéaire de 20 kilomètres pour un débit de référence et des profondeurs allant jusqu’à 2,5 mètres. Cela nous permet de confirmer la possibilité d’extrapoler un modèle sur un long linéaire fluvial, et de restituer des profondeurs d’eau pour différents débits à partir d’une même campagne. Nous évaluons les erreurs survenant sur l’ensemble du linéaire, puis ré-exploitons les méthodes développées pour identifier les changements morphologiques survenus entre 2015 et 2022 et éprouver la robustesse de ces méthodes pour le suivi. Dans un second temps, nous couplons inventaire forestier et données LiDAR et hyperspectrales pour caractériser la forêt riveraine. Nous montrons que ces données décrivent bien les changements morphologiques des peuplements le long d’un gradient d’âge et permettent de prédire le niveau de connectivité hydrologique des ripisylves. La modification des conditions physiques des milieux forestiers entraînée par l’incision du chenal conduit à un assèchement du milieu et nous amène à identifier un stress hydrique potentiel des peuplements. Dans un troisième temps, nous explorons ce stress hydrique potentiel à partir de campagnes aéroportées d’imagerie infrarouge thermique et de relevés de terrain écophysiologiques. Bien que l’usage de caméras thermiques sur des plateformes aéroportées permette de caractériser le stress hydrique, la saisonnalité du phénomène nécessite de réaliser des acquisitions multiples ou durant une fenêtre spécifique afin de bien le détecter. L’ensemble de ces travaux nous permet de formuler des recommandations à la fois pour la gestion des milieux fluviaux et pour l’usage de données de télédétection dans les campagnes de monitoring de ces environnements.

Rapport de mission présentant les traitements appliqués de bathymétrie et de réflectivité sur le sondeur multifaisceaux 7150 du Pourquoi Pas ? et le sondeur multifaisceaux EM2040 de l’engin AUV Ulyx lors de la campagne Hermine 2.

Die luftgestützte Laser-Bathymetrie ist eine Fernerkundungstechnik zur Kartierung der Unterwassertopographie. Im Vergleich zum topographischen Airborne-Laserscanning ist die Lichtausbreitung in zwei Medien zu berücksichtigen. Ein wichtiger Unterschied besteht auch darin, dass für den Einsatz in der Bathymetrie nur Wellenlängen des Lasers im sichtbaren Bereich verwendet werden können, da Licht im Infrarotbereich praktisch nicht in das Wasser eindringen kann. Die erste Generation von Scannern für die Bathymetrie kam kurz nach der Erfindung des LASERS zum Einsatz. Während anfangs hauptsächlich nur analoge Elektronik für die Auswertung der Signale zur Verfügung stand, wurde später die gesamte Kurvenform des rückgestreuten Echos digital aufgezeichnet. Das Aufkommen erschwinglicher Computer öffnete schließlich den Weg zu komplexerer Signalverarbeitung.Für die Bestimmung der Elevation des Unterwasserbodens ist es notwendig, zwei signifikante Zeitpunkte in der Wellenform zu identifizieren. Der erste ist der Zeitpunkt, zu dem der Lichtimpuls ins Wasser eintritt und der zweite der Zeitpunkt, zu dem er auf den Boden trifft. Es ist von besonderer Bedeutung, den ersten Moment zu kennen, denn von diesem Moment an bewegt sich der Impuls langsamer und in eine andere Richtung.Die Standardmethode zur Identifizierung eines Zeitpunkts in einem Signal ist die Gauß’sche Zerlegung des Signals. Unter Wasser leidet die Methode jedoch unter dem Problem, dass viele verteilte kleine Partikel Störechos verursachen, die die genaue Zerlegung behindern. Solange die Verteilung solcher Teilchen nicht zu dicht ist hat die Wellenform exponentiellen Charakter. In dieser Arbeit stelle ich daher ein Modell vor, das aus Exponentensegmenten besteht, die die Wirkung der Teilchen beschreiben, und Dirac-förmigen Impulsen, die die Wirkung diskret angeordneter Streuer beschreiben. Diese Beschreibung ist jedoch noch nicht ausreichend, um die empfangene Signalform zu erklären. Das Exponentialmodell muss mit der Systemwellenform gefaltet werden, um eine korrekte Darstellung des empfangenen Signals zu erhalten. Durch Minimierung der Differenz zwischen dieser Darstellung und den gemessenen Daten können die Parameter des Exponentialmodells erhalten werden. Ich stelle eine Prozedur vor, die ich Exponentialzerlegung nenne, mit der die eigentliche Verarbeitung durchgeführt werden kann. Die Wirksamkeit des Verfahrens wird auf der Grundlage von Daten überprüft, die in einem Nebenfluss der Donau gesammelt wurden. Anhand von mittels GNSS-vermessenen Kontrollpunkten wird die Richtigkeit der Ergebnisse bestätigt.Ein wichtiger Aspekt bei der Modellierung von Signalen ist, dass das Modell physikalisch korrekt ist. Ein unterschätzter Effekt in der Laser-Bathymetrie ist, dass sich gepulstes Licht langsamer ausbreitet als herkömmlich angenommen. Da der Effekt im Zusammenhang mit der Laser-Bathymetrie noch nicht diskutiert worden ist, beschreibe ich ein von mir durchgeführtes Experiment, das den Effekt in seiner vorhergesagten Größe bestätigt. Darüber hinaus befasse ich mich mit den Fragen, ob ein Ein-Wellenlängensystem realisierbar ist und was die kleinste messbare Tiefe in der Laser-Bathymetrie ist., Airborne laser bathymetry is a remote sensing technique for the mapping of underwater topography. Compared to topograhic airborne laser scanning, light propagation in two media must be considered. An important difference also is that for use in bathymetry, only wavelengths of the laser in the visible range can be used, since light in the infrared range is practically unable to penetrate the water. The first generation of scanners for bathymetry came into use shortly after the invention of the LASER. Although in the beginning mainly only analog electronics was available for the evaluation of the signals, later the entire trace of the backscattered echo was recorded digitally. The advent of affordable computers finally opened the way to more complex signal processing.For the determination of the elevation of the underwater bottom it is necessary to identify two significant time instants in the waveform. The first is when the light impulse enters the water and the second is when it hits the bottom. It is especially important to know the first moment, because from this moment on the impulse moves slower and in a different direction.The standard method to identify an instant of time in a signal is by gaussian decomposition of the signal. Underwater, however, the method suffers from the problem that a lot of distributed small particles cause clutter that is hindering the exact decomposition. For a tenuous distribution of such particles the waveform is of exponential character. In this thesis I therefore introduce a model consisting of exponential segments that describe the effect of the particles and Dirac shaped pulses that describe the effect of discretely located scatterers. This description is however not sufficient yet to account for the received signal form. The exponential model has to be convolved with the system waveform to yield a correct representation of the received signal. By minimizing the difference of this representation and the measured data the parameters of the exponential model can be retrieved. I present a procedure, which I call exponential decomposition, by which the actual processing can be done. The effectiveness of the procedure is verified on the basis of data collected in a tributary of the Danube river. The correctness of the results is confirmed using GNSS surveyed control points.An important aspect for the modeling of signals is that the model is physically correct. An underestimated effect in laser bathymetry is that pulsed light propagates more slowly than conventionally assumed. Since the effect in the context of laser bathymetry has not yet been discussed, I describe an experiment I performed that confirms the effect in its predicted magnitude. Furthermore, I deal with the questions whether a single wavelength system is feasible and what the smallest measurable depth in laser bathymetry is.

En 1750 et 1751, une campagne hydrographique est réalisée dans le golfe de Gascogne à la demande du Dépôt des cartes et plans de la Marine. Cette campagne a pour but de vérifier et de corriger des cartes marines déjà publiées de la même région. Pendant la mission, plus de 350 sondes à plomb suiffé sont relevées dans le golfe afin de mesurer la profondeur de l’eau et pour lever des échantillons du fond marin à différents points. En étudiant les diverses archives provenant de cette campagne, la chaîne de production des savoirs hydrographiques en jeu au XVIIIe siècle est exposée et déconstruite. Elle englobe chaque étape dans le processus de construction de cartes marines, de l’émergence d’un besoin aux travaux sur le terrain et à leur utilisation finale. Les archives contiennent également les données hydrographiques brutes récoltées pendant la mission. Une méthodologie pour le traitement et l’analyse de ces données hydrographiques historiques est proposée et détaillée. La chaîne de traitement passe par la transcription des données des sources archivistiques à leur standardisation et classification selon des données de référence. Les données historiques ainsi traitées sont ensuite comparées et analysées par rapport à des données actuelles équivalentes. La méthodologie développée implique l’utilisation d’outils en humanités numériques, surtout pour la visualisation via la mise en carte des données historiques traitées.

Les tourbières ont accumulé des quantités importantes de matière organique (tourbe) depuis le début de l’Holocène. La tourbe séquestre des quantités de carbone (C), d’azote (N) et de phosphore (P) substantielles à l’échelle globale. Cependant, très peu d’études ont estimé les stocks de ces nutriments à l’échelle régionale. De plus, les estimations actuelles sont souvent obtenues sans considérer la variabilité des profondeurs de tourbe et les variables biophysiques et physiques qui dictent la capacité de stockage en nutriments. Ce mémoire vise à estimer les stocks en C, N et P des tourbières d’une région du sud du Québec en modélisant les variations de profondeurs de tourbe et en identifiant quelles variables biophysiques et physiques expliquent la capacité de stockage en nutriments des différents types de tourbières. Le sondage manuel des sites d’études a révélé des différences significatives de profondeurs de tourbe entre les types de tourbières. La profondeur moyenne de tourbe obtenue pour les tourbières ombrotrophes était de 4,4 m alors que celles des tourbières minérotrophes et forestières étaient respectivement de 2,3 et 2,0 m. Les profondeurs ont été modélisées par interpolation spatiale pour chaque bassin d’accumulation de tourbe. La relation entre la superficie des tourbières et les stocks en C était significativement différente entre les tourbières ombrotrophes et les tourbières minérotrophes et forestières. Aucune variable étudiée ne permettait de discriminer les stocks en N et P selon le type de tourbière. Les stocks en C, N et P de la tourbe ont été extrapolés pour la région en utilisant la superficie des tourbières et estimés à 5,65 Tg C, 230,5 Gg N et 21,8 Gg P. Mes travaux ont démontré que l’hétérogénéité du bassin d’accumulation et les caractéristiques de surface influencent les stocks en C, N et P contenus dans la tourbe., Peatlands have accumulated important amounts of organic matter since the beginning of the Holocene. This organic matter accumulation is described as peat, that globally stores large amounts of carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P). Regional estimations of C and nutrients stocks have seldom been quantified. Moreover, peat depth variability and biophysical and physical variables are often not included in actual peat C, N, and P pool size estimations. The goal of this thesis is to provide an estimation of peat C, N, and P pool sizes for a regional county of southern Quebec by modeling peat depth variations and by using biophysical and physical variables to discriminated peat C, N, and P storage among peatland types. Manual peat depth probing showed significant differences in peat depth among peatland types. Mean peat depth of bogs was 4.4 m, while fens and forested peatlands mean peat depths were of 2.3 and 2.0 m, respectively. Modeling of peat accumulation basin by spatial interpolation took these peat depth variations into account, among peatland types. The relationship between peatland area and peat C stocks was statistically different between bogs and fens, and bogs and forested peatlands. Peat N and P content among peatland types were not discriminated by the biophysical and physical variables considered in this study. Peat C, N, and P stocks were extrapolated within the study region using peatland area and estimated at 5.65 Tg C, 230.5 Gg N et 21.8 Gg P. This study has shown that peat accumulation basin heterogeneity and peatland geometric shape influenced peat C, N, and P stocks at the regional scale.

Illustrationen, Diagramme

International audience; RESUMEN Se estudian, mediante el análisis de observaciones y simulaciones numéricas, las inundaciones causadas por frentes fríos intensos y cómo éstas podrían cambiar en diferentes escenarios de aumento del nivel del mar en la Laguna de Términos, México. El modelo numérico de circulación oceánica utilizado es el Finite-Volume Community Ocean Model (el forzamiento meteorológico proviene de simulaciones de alta resolución con el modelo Weather Research and Forecasting (WRF). Las simulaciones oceánicas se llevaron a cabo utilizando mallas no estructuradas y configuraciones con la posibilidad de inundación y secado en las celdas. Los resultados de las simulaciones numéricas se compararon con observaciones. Teniendo en cuenta el nivel del mar actual, un evento intenso de Norte inunda un área de 940 km 2 , que actualmente está cubierta por manglares. Esto indica que los Nortes son importantes en la irrigación de extensas áreas de manglar. Para los escenarios de aumento del nivel del mar de 0.25, 0.50 y 0.75 m, las áreas inundadas se incrementan en 297, 1062 y 2152 km 2 , respectivamente, lo cual implica un aumento considerable en las áreas inundadas en Isla del Carmen. Se sugiere considerar estos resultados en la planificación a largo plazo. ABSTRACT Floods caused by intense cold fronts and how they could change under different scenarios of sea level rise in the Terminos Lagoon, Mexico, are studied through the analysis of observations and numerical simulations. The numerical ocean model used is the Finite-Volume Community Ocean Model (FVCOM) of the Marine Ecosystem Dynamics Modeling Laboratory of the University of Massachusetts-Dartmouth, and the meteorological forcing comes from high-resolution simulations with the Weather Research and Forecasting model (WRF). The ocean simulations were carried out using unstructured meshes with the possibility of flooding and drying in their cells. Results of the numerical simulations were compared against observations. Considering the current mean sea level, an intense northern cold front event (or Norte) floods an area of 940 km 2 that is currently covered by mangroves. This indicates that Nortes are important in the irrigation of extensive mangrove areas. Under scenarios of sea level rise of 0.25, 0.50 and 0.75 m the flooded areas increase by 297, 1062 and 2152 km 2 , representing a considerable increase in the areas flooded at Isla del Carmen. It is suggested to consider this situation in long-term planning.

Updating nautical charts is essential to ensure the safety of navigation. Assessing the status of these charts is a complex task for national hydrographic services. This complexity is driven by the limited resources available to assess the changing nature of near-shore bathymetry in a simple and reliable way. This work uses a procedure developed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) to assess the adequacy and suitability of nautical charts with some kinds of data: Satellite Derived Bathymetry (SDB), vessel traffic data (AIS), bathymetric database... The method developed here was implemented in the context of the analysis of the hurricane Irma’s consequences on the island of Saint-Martin and aims to be integrated into a decision support tool.; La mise à jour des cartes marines est indispensable pour assurer la sécurité de la navigation. L’évaluation de l’état de ces cartes représente une tâche complexe pour les services hydrographiques nationaux. Cette complexité est induite par le peu de moyens disponibles pour évaluer la nature changeante de la bathymétrie côtière d’une manière simple et fiable. Ce travail exploite une procédure mise au point par la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) permettant d’évaluer l’adéquation et l’exhaustivité des cartes marines avec un certain nombre de données : bathymétrie par télédétection satellitaire (SDB), données de trafic maritime (AIS), base de données bathymétriques… La méthode développée ici a été mise en oeuvre dans le contexte de l’analyse des conséquences du cyclone Irma sur l’île de Saint-Martin et vise à être intégrée à un outil d’aide à la décision.

International audience; To perform long-term and long-range missions, underwater vehicles need reliable navigation algorithms. This paper considers multi-beam Terrain Aided Navigation which can provide a drift-free navigation tool. This leads to an estimation problem with implicit observation equation and unknown likelihood. Indeed, the measurement sensor is considered to be a numerical black box model that introduces some unknown stochastic noise. We introduce a measurement updating procedure based on an adaptive kernel derived from Approximate Bayesian Computational filters. The proposed method is based on two well-known particle filters: Regularized Particle Filter and Rao-Blackwellized Particle Filter. Numerical results are presented and the robustness is demonstrated with respect to the original filters, yielding to twice as less non-convergence cases. The proposed method increases the robustness of particle-like filters while remaining computationally efficient.

Ce rapport présente les résultats du suivi géomorphologique et sédimentaire du tronçon court-circuité du barrage de Poutès (Haut Allier) réalisé pour EDF dans le cadre de l'étude d'impact du réaménageemnt de l'ouvrage (état initial avant réaménagement).

Monitoring n° 41 of the Blayais nuclear power plant takes into account studies conducted between April and November 2018. Physicochemistry, Bathymetry, Hydrobiology, Bacteriology, Zooplankton, Benthic macrofauna, are reported., L'étude de surveillance n° 41 du centre nucléaire du Blayais (département de la Gironde) concerne la période d’avril à novembre 2018. Les domaines pélagique et benthique sont étudiés (physico-chimie, bathymétrie, hydrobiologie, microbiologie, zooplancton, macrofaune benthique).

En octobre 2017 démarrait le projet ModLac sur le fonctionnement hydrogéologiquedu lac de Créteil, émergence de la nappe alluviale dans l’aire de confluence de la Marne à la Seine. Ce projet a été porté par la ville de Créteil et par le Conservatoire national des arts et métiers (Cnam). Il est né d’un groupe de travail qui réunissait les acteurs du lac : le territoire GPSEA, la ville de Créteil, la SEMAEC, la DSEA pour le département 94, le SMEAG (Île-de-loisirs) pour la Région Île-de-France, et le Cnam pour le MESRI. Après trois réunions préparatoires du groupe de travail qui ont eu lieu à partir de 2015, une série de 5 réunions d’avancement sur 9 mois en 2017-2018 se sont tenues, la dernière le 02 juillet 2018, avec un diaporama de résultats complet (Fouché et al., 2018) et une animation hydrogéologique au pas journalier. Une note bibliographique a été rédigée (Nasri & Fouché, 2018) pour inventorier les méthodes de quantification de flux à l’interface lac / nappe phréatique, en soulignant le cas des lacs de gravières, et pour comparer les ordres de grandeur de flux dans différentes circonstances. Un mémoire d’ingénieur du Cnam a été réalisé (Brun, 2019) sur la partie géomatique et géologique du projet. Une communication scientifique a eu lieu en juin 2019 au colloque SimHydro qui s’est tenu à Sophia Antipolis (Fouché et al., 2019 a).

Bathymetry is a key parameter for marine renewable energies development. The current acquisition these data is made by acoustic sounders on board ships. Synthetic Aperture Radar (SAR) images can be used to acquire bathymetric maps whose resolution could satisfy the actors of the MRE. The objective of the thesis is the evaluation of the potential of new satellites carrying radar imagers for bathymetry estimation and mapping. Repetition of measurements of the Sentinel-1 mission provides Synthetic Aperture Radar (SAR) images of the same area every 6 days. This ability to capture images with sea states very different from one to another allows increasing the probability of capturing favorable conditions to estimate bathymetry with methods exploiting the swell bottom interaction. The approach proposed in this thesis is the use of wave propagation for the purpose of estimating depth. First, the use of a phase-resolved wave propagation model (Boussinesq Ocean & Surf Zone model) allowed establishing, testing and developing a method of bathymetry estimation on several free surfaces of the ocean. With favorable conditions, SAR images of the ocean can be considered as a linear representation of the sea state. Secondly, we adapted and apply the method implemented on the model to SAR images. Simple approaches of data fusion have been applied to exploit of the repetitiveness of the Sentinel-1 mission. Results obtained are able to satisfy the needs of actors in the domain of MRE. The prospects of this work are presented in this document.; La bathymétrie est un paramètre clé pour le développement des énergies marines renouvelables. L’acquisition actuelle de ces données est faite par des sondeurs acoustiques embarqués sur navires. Les images satellites des Radar à Synthèse d'ouverture (RSO) peuvent être utilisées pour obtenir des cartes bathymétriques dont la résolution est adaptée aux besoins des acteurs des EMR. L’objectif de la thèse est l’évaluation du potentiel des nouveaux satellites embarquant des imageurs radar pour l’estimation de la bathymétrie. La répétition de la mesure de la mission Sentinel-1 permet d’obtenir des images RSO d’une même zone tous les 6 jours. Cette capacité à imager des conditions de mer très différentes permet d'augmenter la probabilité d'obtenir des conditions favorables à l’estimation de la bathymétrie par des méthodes exploitant l'interaction de la houle avec la bathymétrie. L’approche proposée dans cette thèse est basée sur l’utilisation de la propagation de la houle dans le but d’estimer la profondeur. Dans un premier temps l’utilisation d'un modèle de propagation d'onde à résolution de phase (modèle Boussinesq Ocean & Surf Zone) a permis d'établir, de tester et de mettre au point une méthode d’estimation de la bathymétrie sur plusieurs surfaces libres. Dans des conditions favorables, les images RSO de l’océan peuvent être considérées comme une représentation linéaire de l’état de mer. Dans un second temps, nous avons adapté et appliqué la méthode établie sur le modèle aux images SAR. Des approches simples de fusion de données sont appliquées pour tirer parti de la répétitivité de la mission Sentinel-1. Les résultats obtenus sont en mesure de satisfaire les besoins des acteurs des EMR. Les perspectives de ce travail sont présentées.

Bathymetry is a key parameter for marine renewable energies development. The current acquisition these data is made by acoustic sounders on board ships. Synthetic Aperture Radar (SAR) images can be used to acquire bathymetric maps whose resolution could satisfy the actors of the MRE. The objective of the thesis is the evaluation of the potential of new satellites carrying radar imagers for bathymetry estimation and mapping. Repetition of measurements of the Sentinel-1 mission provides Synthetic Aperture Radar (SAR) images of the same area every 6 days. This ability to capture images with sea states very different from one to another allows increasing the probability of capturing favorable conditions to estimate bathymetry with methods exploiting the swell bottom interaction. The approach proposed in this thesis is the use of wave propagation for the purpose of estimating depth. First, the use of a phase-resolved wave propagation model (Boussinesq Ocean & Surf Zone model) allowed establishing, testing and developing a method of bathymetry estimation on several free surfaces of the ocean. With favorable conditions, SAR images of the ocean can be considered as a linear representation of the sea state. Secondly, we adapted and apply the method implemented on the model to SAR images. Simple approaches of data fusion have been applied to exploit of the repetitiveness of the Sentinel-1 mission. Results obtained are able to satisfy the needs of actors in the domain of MRE. The prospects of this work are presented in this document.; La bathymétrie est un paramètre clé pour le développement des énergies marines renouvelables. L’acquisition actuelle de ces données est faite par des sondeurs acoustiques embarqués sur navires. Les images satellites des Radar à Synthèse d'ouverture (RSO) peuvent être utilisées pour obtenir des cartes bathymétriques dont la résolution est adaptée aux besoins des acteurs des EMR. L’objectif de la thèse est l’évaluation du potentiel des nouveaux satellites embarquant des imageurs radar pour l’estimation de la bathymétrie. La répétition de la mesure de la mission Sentinel-1 permet d’obtenir des images RSO d’une même zone tous les 6 jours. Cette capacité à imager des conditions de mer très différentes permet d'augmenter la probabilité d'obtenir des conditions favorables à l’estimation de la bathymétrie par des méthodes exploitant l'interaction de la houle avec la bathymétrie. L’approche proposée dans cette thèse est basée sur l’utilisation de la propagation de la houle dans le but d’estimer la profondeur. Dans un premier temps l’utilisation d'un modèle de propagation d'onde à résolution de phase (modèle Boussinesq Ocean & Surf Zone) a permis d'établir, de tester et de mettre au point une méthode d’estimation de la bathymétrie sur plusieurs surfaces libres. Dans des conditions favorables, les images RSO de l’océan peuvent être considérées comme une représentation linéaire de l’état de mer. Dans un second temps, nous avons adapté et appliqué la méthode établie sur le modèle aux images SAR. Des approches simples de fusion de données sont appliquées pour tirer parti de la répétitivité de la mission Sentinel-1. Les résultats obtenus sont en mesure de satisfaire les besoins des acteurs des EMR. Les perspectives de ce travail sont présentées.

The Reykjanes Ridge is a major topographic feature of the North-Atlantic Ocean that extends from Iceland to the Charlie Gibbs Fracture Zone. Located between the Iceland Basin and the Irminger Sea, the Reykjanes Ridge strongly influences the subpolar gyre circulation and is a gate toward the deep convection areas. However, the circulation and distribution across the Reykjanes Ridge has never been directly quantified such that the characterization of the connection between the Iceland Basin and the Irminger Sea is still incomplete. As part of the Reykjanes Ridge Experiment project, we were able to analyze the circulation around, above and across the Reykjanes Ridge. Mainly based on hydrographic sections along and perpendicular to the ridge axis, the aim of this PhD thesis was thus to characterize the 3-D circulation and properties of the flow along and across the Reykjanes Ridge.We started by accurately quantifying geostrophic transports across the sections, which led to improvements in the treatment of S-ADCP data. Across the Reykjanes Ridge, the intensity of the wesward branch of the subpolar gyre was estimated at21.9 + 2.5 Sv in June – July 2015 with intensifications at the Bight Fracture Zone (BFZ) and at 59 – 62°N. At the BFZ, overflow waters are influenced by the bathymetry such as their hydrological properties evolve as they cross the Reykjanes Ridge. Finally, both the bathymetry and the cyclonic horizontal circulation of the Iceland Basin regulate the evoluton of the along-ridge flows by blocking water masses, and thus shaping the water mass distribution over the Reykjanes Ridge. In addition to waters from the crossridge flow, the Irminger Current incorporates waters from the center of the Irminger Sea., La dorsale de Reykjanes est une structure topographique majeure de l’océan Atlantique Nord qui s’étend de l’Islande à la zone de fracture de Charlie Gibbs. Située entre le bassin d’Islande et la mer d’Irminger, la dorsale de Reykjanes influence fortement la circulation du gyre subpolaire et est une porte d’entrée vers les zones de convection profondes. Cependant, la circulation et la répartition des masses d’eau à travers la dorsale de Reykjanes n’ont jamais été directement quantifiées, de sorte que la caractérisation de la connexion entre le bassin d’Islande et la mer d’Irminger est encore incomplète. Dans le cadre du projet « Reykjanes Ridge Experiment », nous avons été capables d’analyser la circulation autour, au-dessus et à travers la dorsale de Reykjanes. Essentiellement à partir de sections hydrographiques perpendiculaires et le long de l’axe de la dorsale, l’objectif de cette thèse a été de quantifier et caractériser la circulation 3-D et les propriétés des courants qui longent et traversent la dorsale de Reykjanes. Nous avons commencé par quantifier précisément le transport géostrophique à travers les sections, ce qui a permis d’améliorer le traitement des données S-ADCP. A travers la dorsale de Reykjanes, l’intensité de la branche du gyre subpolaire qui rejoint la mer d’Irminger a été estimée à 21.9 + 2.5 Sv en Juin – Juillet, avec des intensifications dans la zone de fracture Bight (BFZ) et à 59 – 62°N. Dans la BFZ, les masses d’eau profondes sont influencées par la bathymétrie, de sorte que leurs propriétés hydrologiques se modifient lorsqu’elles traversent la dorsale de Reykjanes. Enfin, la bathymétrie et la circulation horizontale cyclonique du bassin d’Islande contrôlent les courants qui longent la dorsale en bloquant certaines masses d’eau, et donc sont à l’origine de la répartition de ces masses d’eau le long de la dorsale. En plus des masses d’eau du Bassin d’Islande, le Courant d’Irminger comprend également des masses d’eau qui proviennent de la mer d’Irminger.

Operations in a military naval context require a detailed planning and information gathering. For this purpose, remote sensing is a useful technique without in-situ survey. A collaboration of Fraunhofer IOSB (Institute of Optronics, System Technologies and Image Exploitation), DLR (German Aerospace Center), and Bundeswehr Geoinformation Centre ZGeoBw, engineered a desktop Geoinformation (GIS) plug-in to generate bathymetric charts and land-use-classes (vegetation, soil types and minerals) using hyperspectral data of coastal areas. These data are basis for further analyses like trafficability, barrier detection and change detection. To evaluate the potential of satellites launched in the near future with hyperspectral sensors onboard (EnMAP), aerial hyperspectral data (HySpex, AISA) were collected over a test site near the Wismar Bay in Germany and are used to simulate the satellite hyperspectral data with corresponding recording terms. Additionally, a field campaign was conducted at the Wismar Bay to acquire a ground truth dataset for model validation, including soil spectra and water depths as well. For generating the bathymetric charts, the WASI (Water Color Simulator) approach was adapted, which offers additional information besides water depth (e.g. dissolved matter, brightness of sand, relative amount of sea grass and other properties). Resulting bathymetric charts with a depth up to eight meters and unsupervised classifications of land cover are free of artefacts and accurate. A validation process is in progress. The engineered desktop GIS plug-in for HEXAGON ERDAS IMAGINE software was developed using the native SDK in addition with interoperable scripts like Python. The existing plug-in framework is variable and adaptable to different kind of GIS.

Le suivi video de la dynamique littorale s’est developpe depuis les annees 80 (Holman et Stanley, 1997), et de nombreux outils ont ete mis en place pour analyser les signatures optiques des morphologies cotieres et de l’hydrodynamique. L’interet majeur du suivi video reside dans l’acquisition a haute frequence et en continu, y compris lors des tempetes, fournissant des donnees originales quantitatives inaccessibles a l’heure actuelle avec les moyens de suivi classiques dont on dispose (leves bathymetriques, mesures de houle, courant). Differents systemes sont actuellement a disposition : des appareils time-lapse bon marche a des systemes eprouves comme ARGUS, VM4GIS, CAM-ERA, … On peut ainsi avoir rapidement acces a des indicateurs qualitatifs de l’etat du littoral, ou par des traitement plus complexes a des indicateurs quantitatifs tels que les vagues, les courants, la bathymetrie. En mediterranee, des dispositifs a differentes resolutions ont ete utilises ces dernieres annees pour le suivi du littoral et la comprehension des mecanismes hydrosedimentaires, en reponse notamment a des amenagements cotiers (attenuateur de houle, brise-lames) ou a la dynamique des banquettes a posidonies. L’objectif de ce travail est de presenter, au travers d’exemples utilisant differents systemes video, les developpements recents realises en terme de traitement et d’analyse pour le suivi du littoral : -Suivi de l’evolution de la plage du Lido de Sete suite a la mise en place d’un attenuateur de houle, avec notamment, le suivi a haute frequence de la dynamique des barres d’avant-cote ; -Suivi de l’evolution de la plage du Barcares suite a l’implantation de brise-lames, et notamment l’evolution contrastee de la plage a haute frequence lors d’episodes de tempetes et de de forte tramontane ; -La dynamique (depot/erosion) des banquettes a posidonies sur plusieurs plages de Corse, et son role sur l’erosion cotiere.

Remote sensing techniques can assist traditional lake monitoring approaches by supplying spatial information on optically active lake ecology indicators, i.e. chlorophyll-a (CHL), total suspended matter (TSM), coloured dissolved organic matter (CDOM), and, especially in optically shallow waters, water depth and substrate composition. The present thesis provides an overview on the current research status concerning lake remote sensing and the benefit of time series analyses for lake ecology. To investigate the suitability of Sentinel-2 and Landsat 8 for lake monitoring and their combination with other sensors this thesis focused on two study areas with highly different optical characteristics, i.e. the oligotrophic Lake Starnberg (southern Germany) and the mesotrophic-eutrophic Lake Kummerow (northern Germany). Using the bio-optical model WASI-2D, Sentinel-2A turned out to be suited for retrieving low TSM and CDOM values. The high spatial resolution enabled the differentiation between bare ground and areas covered by submerged aquatic vegetation. Water depth estimations performed well until half Secchi disk depth. Cross-sensor comparisons demonstrated high correlation of CHL among timely acquired, spatially high and medium resolved sensors. Evaluations with in situ data showed that most of the sensor-in situ match-ups were within an uncertainty range of in situ measurements. Analysing a 9-year MERIS time series with FUB/WeW revealed unprecedented information on temporal trends and seasonal behaviour of CHL, TSM and CDOM at the study area Lake Kummerow. Combining CHL, retrieved with the Modular Inversion and Processing System, from different satellite sensors (MODIS, Landsat 7/ 8, Sentinel-2A) enabled detailed observations of phytoplankton development. Such combinations are a step forward to future lake analyses which may integrate remote sensing data, in situ measurements and environmental modelling. Fernerkundungstechniken können das Seemonitoring mit räumlichen Informationen über optisch aktive Indikatoren der Gewässerökologie liefern, z.B. Chlorophyll-a (CHL), suspendierte Schwebstoffe (TSM), Gelbstoffe (CDOM) und insbesondere in optisch flachen Gewässern, Wassertiefe und Substratbedeckung. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand zur Seefernerkundung und den Nutzen von Zeitreihenanalysen für die Seeökologie. Um die Eignung von Sentinel-2 und Landsat 8 für ein Seenmonitoring und deren Kombination mit anderen Sensoren zu untersuchen, konzentrierte sich diese Arbeit auf zwei Untersuchungsgebiete mit sehr unterschiedlichen optischen Eigenschaften: den oligotrophen Starnberger See (Süddeutschland) und den mesotroph-eutrophen Kummerower See (Norddeutschland). Mit dem bio-optischen Modell WASI-2D erwies sich Sentinel-2A als geeignet, um niedrige TSM- und CDOM-Werte zu bestimmen. Die hohe räumliche Auflösung ermöglichte eine Unterscheidung zwischen unbewachsenem und mit Makrophyten bewachsenem Untergrund. Die Wassertiefenbestimmung verlief bis zur halben Sichttiefe gut. Sensorübergreifende Vergleiche zeigten eine hohe Korrelation von CHL zwischen zeitnah erfassten, räumlich mittel und hoch aufgelösten Sensoren. Auswertungen mit in-situ-Daten zeigten, dass die meisten Sensor-in-situ-Match-ups innerhalb eines Unsicherheitsbereichs von in-situ-Messungen lagen. Die Analyse einer 9-jährigen MERIS-Zeitreihe mit FUB/WeW ergab neue Informationen über zeitliche Trends und saisonales Verhalten von CHL, TSM und CDOM im Untersuchungsgebiet Kummerow See. Die Kombination von CHL aus verschiedenen Satellitensensoren (MODIS, Landsat 7/ 8, Sentinel-2A) mit dem Modular Inversion and Processing System ermöglichte detaillierte Beobachtungen der Phytoplanktonentwicklung. Solche Kombinationen sind ein Schritt für zukünftigen Gewässeranalysen, die Fernerkundungsdaten, in-situ-Messungen und Umweltmodellierung integrieren sollten.

In the present paper, we use modified shallow water equations (SWE) to reconstruct the bottom topography (also called bathymetry) of a flow domain without resorting to traditional inverse modeling techniques such as adjoint methods. The discretization in space is performed using a piecewise linear discontinuous Galerkin (DG) approximation of the free surface elevation and (linear) continuous finite elements for the bathymetry. Our approach guarantees compatibility of the discrete forward and inverse problems: for a given DG solution of the forward SWE problem, the underlying continuous bathymetry can be recovered exactly. To ensure well-posedness of the modified SWE and reduce sensitivity of the results to noisy data, a regularization term is added to the equation for the water height. A numerical study is performed to demonstrate the ability of the proposed method to recover bathymetry in a robust and accurate manner., Ergebnisberichte des Instituts für Angewandte Mathematik;585

Tropical moist ecosystems, such as Ahémé lake, south-west Benin, are increasingly marked by water degradation, linked with the activities of increasing riparian populations. The objective of this study is to analyze sedimentary dynamics and its influence on the changing ecosystem of Ahémé lake from 1961–2010. Data used to carry out the study are records of precipitation, flows, turbidity, suspended sediment, mineral elements and bathymetry. Grain size data from the sieving of sediment samples were used to interpret suspended solids distribution in the lake. Linear correlation coefficients were used to assess the degree of dependence between rainfall and runoff inputs to the lake. Lake depth measurements in some areas of the lake serve to determine the rate of infilling. The sorting index was used to highlight the distribution and origin of sediments in the lake. The results show a degradation of the lake Ahémé ecosystem characterized by infilling of its bed, a high correlation (r = 0.90) between rainfall and runoff, seasonal change in physicochemical parameters (total suspended sediment decrease by -91 %) and decrease in fish production by 135.8 t yr-1. The highest mean suspended sediment concentrations in lake inputs occur during high water periods (123 mg L-1) compared to low water periods (11.2 mg L-1).

Les zones humides, par l'enjeu sociétal qu'elles représentent, requièrent d'être inventoriées à l'échelle du territoire national. Une approche régionale, par télédétection spatiale de moyenne résolution spatiale, est une bonne échelle d'investigation. Il est cependant nécessaire d'avoir une démarche méthodologique garantissant un résultat homogène sur l'ensemble du territoire tout en aplanissant les difficultés d'identification liées à la nature protéiforme de l'objet géographique zone humide. Pour cela, nous proposons de maximiser les possibilités d'identification des zones humides en sélectionnant des images représentatives de situations hydro-climatiques favorables à la détection d'humidité de surface. La méthode statistique du CUSUM est utilisée afin de déterminer la période la plus propice, puis une méthode hybride alliant traitement des images sélectionnées et données exogènes, est développée. Elle conduit à mettre en évidence trois types de zones humides. Wetlands require an inventory on the entire national territory as they represent a social issue. A regional approach based on medium spatial resolution satellite images Landsat is a good scale investigation. However, it is necessary to have a proper methodological approach to ensure a consistent result on the whole territory as well as to overcome the identification difficulties related to the protean nature of the geographical object wetland. To do this we propose to maximize the potential of identifying wetlands selecting representative images of a hydro-climatological situation which is particularly favorable to the realization land submergence, witnessing the presence of a wetland. In this regard the more favorable hydro-climatological period is detected by the statistical method of CUSUM. Next, a hybrid method using selected images and exogenous data is developed. It leads to highlight three wetlands levels.

Le couvert végétal des environs d'Es Srassif, sur les marges arides du Tell oriental, a été modifié par les défrichements et se trouve menacé par la steppisation.La comparaison des cartes représentant l'occupation du sol en 1893 et 1956 montre un net recul de la végétation forestière au profit des terres agricoles et des steppes. Cette évolution a pour cause la croissance démographique provoquée par la sédentarisation des anciens pasteurs. Les recherches bibliographiques, le dépouillement des procès-verbaux des compagnies forestières, des enquêtes et des entretiens avec les personnes âgées de la région permettent d'expliquer le recul de la végétation forestière et pré-forestière par le développement de diverses activités surexploitant la ressource : bois de chauffage, bois de construction, bois d'outillage, élevage, défrichements agricoles…Toutefois, dans l'ouest montagneux moins peuplé, on observe une reconquête forestière entre 1956 et 2000, en lien avec l'abandon des prélèvements de bois. Cette évolution accentue le contraste paysager entre les reliefs orientaux, qui reçoivent les précipitations les plus fortes, et les steppes orientales. The vegetation around Es Srassif, on arid margins of the Oriental Tell, was modified by clearing and is threatened by steppe.The comparison of the maps representing the land cover in 1893 and 1956 shows a sharp decline of forest vegetation in favour of agricultural land and steppe. This evolution results of the population growth following the settlement of former pastoralists. Literature searches, counting the minutes of the forest companions, surveys and interviews with older people in the region allows to explain the decline of forest and pre-forest vegetation by the development of various activities overexploiting the resource: fuelwood, timber, tools wood, livestock, agricultural clearing...However, in the mountainous west that is less populated, a forest recovery is observed due to the abandonment of wood exploitation. This evolution increases the landscape contrast between the western relief, which received heavier rainfall, and the eastern steppe.

Les enjeux liés à la persistance ou non de la sècheresse sont de première importance pour les pays et les habitants des régions sahélienne et sub-sahélienne. L'actualisation des résultats obtenus précédemment est donc un élément de connaissance, tant pour évaluer les contraintes environnementales actuelles que pour gérer de manière optimale une ressource rare. Le bassin du Sénégal a été retenu pour cette étude. Les séries pluviométriques ont été analysées en mettant l'accent sur la période 1950-2004. Au regard des résultats obtenus avec les différentes procédures mises en œuvre (trois au total), il est raisonnable de penser que le bassin étudié a conservé des caractéristiques pluviométriques instables et déficitaires sur les trois décennies 1970, 1980 et 1990, surtout si elles sont comparées aux périodes précédentes (décennies 1950 et 1960) et suivantes (de 2000 à 2004). Cette sècheresse pluviométrique entraîne dans le bassin une sècheresse hydrologique marquée par une baisse des crues, une sévérité des étiages et une précocité des tarissements. Issues related to the persistence or not of drought are firstly important for Sahelian and sub-Sahelian countries and people. The updating of previous results is then an element of knowledge, both to assess current environmental constraints and for optimally manage scarce resources. The Senegal River Basin was selected for this study. The rainfall data were analyzed by emphasizing over the period 1950-2004. Considering the obtained results with the different procedures used (three in total), it is reasonable to assume that the studied area has retained characteristics and unstable rainfall deficit over the three decades 1970, 1980 and 1990 especially if they are compared with previous periods (decades 1950 and 1960) and following (2000 to 2004). This rainfall drought causes in the basin hydrological drought with declining flood, severity of low flows and a precocious drying up.