Contexte

Avril 2020 : Depuis maintenant trois semaines, environ 2,63 milliards de personnes sont contraintes de rester chez elles en raison de la pandémie. Ce confinement total, ou partiel (selon les cas), a un impact direct sur l’environnement.

Les populations ne sortent plus, ou peu, travailler, les voitures restent dans les garages, les avions décollent au compte-gouttes … les bateaux de croisière comme les bateaux privés restent au port.

En effet, depuis le début de la propagation du virus, l’activité des croisiéristes est à l’arrêt ou presque, et sûrement pour plusieurs mois. D’autant plus que leur image risque d’être très abîmée après le scandale du Diamond Princess ⁽¹⁾, bateau sur lequel 700 passagers ont été contaminés pendant la croisière.

Les compagnies de transport maritime commencent à proposer des tarifs réduits pour la fin de l’été 2020, car pour ce mois d’avril et le reste du confinement, les activités touristiques internationales seront figées.

Ce contexte induit évidemment un coup dur financier pour les villes de passage de ces croisières comme Marseille en France, Dubrovnik en Croatie ou encore Venise en Italie. Cependant, dans cette dernière, on voit apparaître un phénomène écologique qui prend de l’ampleur dans les médias en ce moment. A Venise, des poissons sont visibles dans les canaux ⁽²⁾ et des oiseaux viennent se poser dans des eaux plus claires qu’elles ne l’ont été depuis très longtemps.

Simple virus grippal ou signal de notre planète Terre ? Ce qui est sûr, c’est que le COVID-19 et sa prolifération ont un impact qui semble conséquent sur la pollution, et ce, par le biais des mesures collectives que les états font appliquer dans leurs villes et pays.

Chez Murmuration, nous utilisons les mesures satellites de la réflectance (ce que voit le satellite, la lumière renvoyée par la Terre) des eaux pour calculer la turbidité, et ainsi corréler pollution et avancée du coronavirus. C’est ce que nous allons développer peu à peu dans cet article.

La turbidité

Dans ce deuxième article consacré à l’impact du covid-19 sur l’environnement, nous allons nous arrêter sur l’évolution de la qualité de l’eau dans une zone ayant une forte activité maritime en temps normal.

Dans le dernier article nous avons démontré pourquoi le NO₂ était un bon indice de la qualité de l’air. Cette fois, le proxy que nous utilisons est la turbidité de l’eau. Un proxy est une variable qui n’est pas significative en soi, mais qui remplace une variable utile mais non observable ou non mesurable (ici la pollution ou la qualité de l’eau). 

La turbidité correspond à la teneur d’un fluide en matières qui le troublent. Autrement dit, plus la turbidité est grande, et moins l’eau est claire, moins on peut voir à travers. Celle-ci peut nous permettre de mesurer la pollution et son évolution dans les foyers de contamination européens, les capitales ou encore les zones maritimes.En effet, il faut savoir que la turbidité provient majoritairement des courants provoqués par les bateaux de passage qui soulèvent les sédiments et nutriments accumulés au fond de l’eau. Ces matières en suspension participent à l’eutrophisation des eaux. L’eutrophisation des milieux aquatiques est un déséquilibre du milieu provoqué par l’augmentation de la concentration d’azote et de phosphore dans le milieu. Le taux de matière en suspension dans l’eau, et donc la turbidité, et un indicateur important de la qualité de l’eau et explique très souvent la présence ou l’absence de faune dans les milieux concernés.

Nos amis les satellites et les chercheurs en Guyane

Copernicus est le programme européen d’observation de la Terre, dirigé par la Commission Européenne. Ses satellites appartiennent à l’Union Européenne. Il s’agit d’un programme ambitieux et unique qui s’intéresse à notre planète et à son environnement pour le bénéfice de tous les citoyens européens et plus largement la communauté internationale. Il offre des services d’information basés sur l’observation de la Terre par satellite et des données in situ (non spatiales).

Copernicus a permis le lancement d’un groupe de satellites appelés “les sentinelles”. Parmi tous ces observateurs, c’est la série 2 des sentinelles qui va nous intéresser ici. 

Les satellites Sentinel-2 ont été mis en orbite en 2015 et 2017 par l’Agence spatiale européenne. Leur rôle est de fournir l’imagerie optique haute résolution permettant l’observation des sols de la Terre. Concernant les données sur lesquelles nous travaillons, elles sont accessibles depuis plusieurs sources mais nous avons opté pour un accès sur Google Earth Engine ⁽³⁾ où il existe les dataset provenant de S2.

Cependant, il n’est pas dur d’imaginer que la turbidité n’apparaît pas directement sur les images des satellites. Pour palier ce problème, des chercheurs de BRGM (Bureau des Recherches Géologiques et Minières) en Guyane ⁽⁴⁾ ont construit des modèles permettant de faire le lien entre la réflectance et la turbidité effective de l’eau. 

Ci-dessus est l’équation qui correspond à nos attentes en terme de précision. Cependant, XS1 et XS2 sont les bandes du satellite utilisé qu’ils ont choisi pour créer ce modèle. Nous avons donc dû trouver des bandes de longueur d’onde similaire pour reproduire ces calculs pour les satellites Sentinel-2 (en l’occurrence les bandes B3 et B4 respectivement). 

Et c’est ainsi que nous avons pu faire des calculs des évolutions de la turbidité en partant de la réflectance issue des images des satellites S2.

Quel résultats au final ?

Pour établir nos calculs, nous avons également utilisé Google Earth Engine. Ils proposent un éditeur de code libre d’accès sur le web qui permet d’avoir accès aux données décrites précédemment. Puis, en Javascript, il est possible d’utiliser ces données pour afficher des gradients d’intérêt sur une carte du monde ou bien de calculer des valeurs particulières dans une zone définie au préalable. 

La ville qui nous servira de fil conducteur pour les résultats est Venise. L’Italie est un des pays les plus touchés par la pandémie, mais aussi un pays très touristique. Symbole du tourisme de masse, escale incontournable des croisières, Venise est, malgré elle, un exemple parfait pour cette étude.

Pour commencer, nous avons choisi d’afficher sur une carte une nouvelle bande spectrale, créée à partir de l’équation présentée précédemment. En prenant des images de l’automne 2019 et du début du printemps, on observe effectivement une différence entre les teintes de la mer autour de Venise avant (fig.4) et les teintes après (fig.5).

Cette différence de teinte est assez dure à percevoir, nous avons donc envisagé la possibilité de construire un histogramme de l’évolution de la turbidité. Avant de nous lancer dans la construction de cet histogramme, nous avons dû établir une zone  précise autour de Venise, correspondant au périmètre de passage des bateaux.

Ainsi on a pu faire des calculs de minimum, de maximum et de moyenne dans cette zone toujours en prenant des dates avant et pendant la pandémie. En voici un simple tableau avant de passer à l’histogramme.

	Evolution de la turbidité
Min	-22.3%
Max	-29.6%
Moyenne	-21.7%

L’histogramme ci-dessous permet de visualiser plus nettement les résultats de notre étude. Ce graphique a été conçu en analysant la valeur de la bande “turbidité” pour chaque pixel dans la zone délimitée précédemment. En comptant les pixels avec des valeurs appartenant à la même fourchette de turbidité, on peut donner une fréquence à laquelle cette valeur revient ce qui permet de tracer un histogramme.

Par rapport aux cartes présentées plus tôt dans le chapitre, il est bien plus facile ici de discerner la nette diminution de la turbidité. 

Cette variation des courbes coïncide avec les mesures de confinement prises par les gouvernements, qui ont obligé les bateaux (privé ou de croisière) à rester au port.

C’est cette amélioration de la qualité de l’eau couplée à une baisse significative de l’activité humaine qui permet aux poissons de revenir nager dans ces eaux et aux oiseaux de s’y laver. Nous ne pouvons qu’espérer que cela donnera des idées quant à la manière de respecter les milieux aquatiques que nous utilisons normalement au quotidien.

La crise actuelle permet de quantifier les efforts nécessaires pour réduire durablement l’impact négatif de l’activité humaine sur l’environnement, il nous incombe de relever ces mesures pour avancer intelligemment dans le futur.

Sources

1. : https://www.nature.com/articles/d41586-020-00885-w
2. : https://www.google.com/search=eauVeniseCoronavirus
3. : https://earthengine.google.com/
4. : http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-61632-FR.pdf