L’instrument MODIS de la NASA a capturé cette image de la pointe sud de la Floride se courbant dans un océan bleu-vert bordé de nuages blancs. MODIS et une nouvelle génération de capteurs satellitaires peuvent aider les gestionnaires de l’environnement à suivre les algues nocives sur la côte du Golfe et au-delà. Crédit : NASA
Les algues nocives peuvent mettre en danger la santé publique ainsi que les écosystèmes et les économies côtières. Les progrès de l’imagerie satellitaire offrent de nouvelles façons d’observer notre océan vivant.
Une fois ces proliférations terminées, une série de proliférations massives d’algues le long de la côte ouest de la Floride en 2020 serait liée à quelque 2 000 tonnes de vie marine morte autour de Tampa Bay. Les coûts humains ont également été considérables, avec notamment une augmentation à deux chiffres des cas d’asthme dans les comtés de Sarasota et de Pinellas, et des pertes estimées à environ 1 milliard de dollars dans tous les secteurs économiques, du tourisme à la pêche.
Utiliser des satellites pour détecter les proliférations d’algues
Les satellites en orbite autour de la Terre sont utilisés depuis des décennies pour détecter les proliférations d’algues depuis l’espace, permettant des observations plus fréquentes sur des zones plus vastes qu’il n’est possible de réaliser en échantillonnant directement l’eau. La technique d’observation la plus courante s’appuie sur le spectre visible pour mesurer la couleur des océans. Cependant, cette approche a été principalement limitée aux conditions de ciel clair.
Une étude récente publiée dans Lettres de recherche géophysiquedirigé par des scientifiques de NASALaboratoire de propulsion à réaction de (JPL) en Californie du Sud, a montré comment un instrument spatial appelé TROPOMI, ou TROPOspheric Monitoring Instrument, était capable de scruter à travers de minces nuages pour découvrir des indices puissants sur Karenia brevis (ou K. brevis), les algues microscopiques responsables des efflorescences de 2020.
La capacité améliorée de TROPOMI à « voir » et à mesurer de fines longueurs d’onde de lumière pourrait potentiellement aider les agences fédérales et les communautés locales à mieux prévoir et gérer les épidémies nuisibles. (TROPOMI vole à bord du vaisseau spatial européen Sentinel 5P, lancé en 2017.)
K. brevis et Floride occidentale
Les scientifiques ont examiné le plateau de la Floride occidentale, une étendue de croûte continentale s’étendant de Panhandle aux Keys. Depuis ses origines dans d’autres parties du golfe du Mexique, K. brevis est transporté vers le littoral par des vents forts et des courants océaniques. Des recherches récentes ont montré que l’ouest de la Floride, comme de nombreuses communautés côtières, pourrait être de plus en plus vulnérable aux épidémies, car ces algues se développent dans des conditions chaudes et riches en nutriments, alimentées par le ruissellement, les engrais et le changement climatique.
Systèmes de surveillance et dangers de K. brevis
Des systèmes de surveillance et de prévision des proliférations d’algues nuisibles sont disponibles dans de nombreux États et régions côtières, notamment dans le golfe du Mexique et dans les Grands Lacs. L’Administration nationale des océans et de l’atmosphère (NOAA) travaille avec des partenaires universitaires, étatiques, tribaux et locaux pour élaborer et publier des prévisions de prolifération d’algues nuisibles – similaires aux prévisions météorologiques – pendant les saisons où se produisent les proliférations d’algues.
Les événements liés à K. brevis sont particulièrement préoccupants car les algues produisent une neurotoxine puissante qui, à des concentrations élevées, peut provoquer la mort massive de poissons et empoisonner la vie marine comme les tortues, les lamantins et les oiseaux. La toxine peut également être inhalée, provoquant des maladies respiratoires chez les humains, et elle peut s’accumuler dans les crustacés, entraînant des maladies gastro-intestinales chez les personnes qui les consomment.
Mécanisme de détection des satellites
À mesure que les algues se nourrissent et se développent via photosynthèseK. brevis émet une faible lueur rouge appelée fluorescence induite par le soleil (SIF rouge) qui peut être détectée par certains instruments satellites, notamment TROPOMI, qui a en fait été conçu pour mesurer la pollution de l’air.
En passant au crible les données TROPOMI acquises le long de la côte ouest de la Floride entre 2018 et 2020, l’équipe a découvert que l’instrument collectait environ deux fois plus d’informations sur la fluorescence émises par les algues que celles observées par les méthodes précédentes reposant sur la couleur de l’océan. Les capacités d’imagerie avancées de TROPOMI – notamment quatre spectromètres mesurant la lumière allant de l’ultraviolet à l’infrarouge à ondes courtes – lui permettent de pénétrer la fine couverture nuageuse et d’obtenir des mesures de la surface de l’océan plus fréquemment.
Avantage spatial
Les scientifiques ont déclaré que leurs découvertes démontraient l’intérêt d’utiliser TROPOMI seul ou de concert avec d’autres outils d’observation de la Terre tels que l’instrument de longue date MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) de la NASA, à bord des satellites Aqua et Terra. MODIS mesure la couleur de l’océan et est actuellement utilisé par les gestionnaires de l’environnement en Floride et ailleurs pour détecter les algues par temps clair.
Un autre instrument sur la couleur des océans, dont le lancement est prévu début 2024, examinera les écosystèmes marins du monde comme jamais auparavant. La mission PACE, ou Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem de la NASA, étudiera le phytoplancton et d’autres biologies océaniques, les aérosols atmosphériques et les nuages dans beaucoup plus de longueurs d’onde que les capteurs précédents. Ces observations aideront à prévoir l’apparition d’algues nuisibles, ainsi que le cycle d’expansion et de récession de la pêche et d’autres facteurs qui affectent les industries commerciales et récréatives.
« Depuis près de 20 ans, les capteurs de couleur des océans jouent un rôle fondamental dans la surveillance par satellite des proliférations d’algues nuisibles », a déclaré l’auteur principal Kelly Luis, chercheur au programme postdoctoral de la NASA au JPL. « Cette application du TROPOMI red SIF démontre comment la combinaison des technologies satellitaires peut renforcer les systèmes d’alerte précoce au-delà des conditions de ciel clair. »
Il a été démontré que l’alerte précoce par satellite présente des avantages concrets. Une récente étude de cas financée par la NASA a révélé que la détection précoce des cyanobactéries dans le lac Utah a entraîné des économies significatives en matière de soins de santé, une perte d’heures de travail et d’autres pertes économiques. Quelques jours d’avertissement préalable peuvent se traduire par une action plus rapide sur le terrain, notamment des alertes publiques et même des fermetures de plages.
