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Methodologie de zonage aquicole regional a l'aide de la teledetection dans un SIRS: application dans la baie des Chaleurs, Quebec.

Les etudes sur les activites aquicoles utilisant des informations geographiques et des donnees de teledetection sont parmi les plus difficiles a manipuler dans le domaine de la geomatique. Meme si, de prime abord, les parametres semblent faciles a utiliser, cette utilisation est plus complexe si on les considere comme un simple ensemble de donnees. De facon habituelle, l'identification et la delimitation de sites propices pour des activites aquicoles sont basees sur de multiples criteres, comprenant des parametres comme l'accessibilite au site et la profondeur d'eau. Lorsqu'on a clairement identifie un site propice pour des activites aquicoles, on peut en identifier d'autres avec des criteres de base semblables ou equivalents. Cette methode, basee sur l'identification du particulier vers le general, semble bien fonctionner dans les milieux d'eau douce, dans les baies et dans les fjords. Cependant, en milieu marin, la complexite et la variabilite des parametres ne peuvent etre evaluees sans tenir compte d'une vue generale synoptique et quantitative de tout l'environnement regional. La methode proposee, basee sur l'identification du general vers le particulier et fondee sur des informations geographiques et des donnees de teledetection, peut etre utilisee a differentes echelles. En effet, une zone propice pour des activites aquicoles peut etre identifiee et delimitee a une echelle moyenne (1 a 100 km) en utilisant certains parametres primaires essentiels et, par la suite, on peut raffiner a grande echelle (moins de 1 km) en utilisant d'autres parametres secondaires un peu moins importants. La methode proposee a ete appliquee sur le littoral de la cote nord de la baie des Chaleurs, au Quebec. Plusieurs zones propices aux activites aquicoles ont ete identifiees et delimitees. La carte issue des traitements est le resultat de l'utilisation d'indices de potentiel aquicole a partir de la fusion des differents parametres, qui ont d'abord ete standardises. Le resultat d'une telle fusion de donnees georeferencees est valable si on le compare aux resultats publies avec la methode precedente dans laquelle chaque parametre est additionne sur une carte de base (i.e. bathymetrie) a un moment donne et sans standardisation. La sensibilite de l'analyse et la validite des resultats sont confirmees par des donnees in situ prises dans la region d'etude, par exemple pour l'elevage de la moule.

Mots cles: information geographique, teledetection, indice de potentiel aquicole, baie des Chaleurs

The area of aquaculture activities using geographic information and space technologies is one of the most difficult to organize within the field of Geomatics. The parameters may appear to be simple; however there is more complexity than a simple set of data. Currently, the suitable aquaculture site selection is based on a few criteria that encompass parameters, such as site location proximity and water depth. Once the site is clearly identified as suitable to support aquaculture activity, then similar sites were identified based on the same or equivalent criteria. This bottom-up method seems to work in inland waters, bays and fjords, marine waters. However it precludes an environment that inherits such variable parameter complexity, one that could be evaluated without taken into account the whole synoptic and quantitative overview of regional environment. The proposed top-down method based on geographic information and remote sensing techniques can be used at different scales. In fact, an area suitable to support an aquaculture activity could be selected at a mesoscale level (1 to 100 km) using identified main or primary parameters. Then, refinement is undertaken at a large scale (less than 1 km) using other parameters that are less important or secondary. The proposed method was applied to the coastal north shore of baie des Chaleurs in Quebec, Canada. Several areas suitable to support aquaculture activities were identified. The product map is a result of merging or fusing different parameters that are previously standardized using an aquaculture evaluation index. Such gridded data fusion is valid compared to the previous methods seen in the literature where each parameter is added to a base map (i.e. bathymetry) at a time without standardizing the units. The sensitivity analysis and the validity of the results itself are in accordance with in situ testing undertaken in that area for mussel nests.

Keywords: Geographic Information, Remote Sensing, Aquaculture Evaluation Index, baie des Chaleurs

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Introduction

L'aquiculture est une industrie en plein essor: la production annuelle a augmente de 8,5 pour cent depuis 1984 alors que l'industrie reliee a la peche commerciale a connu un declin catastrophique depuis 1989 (FAO 1995). L'aquiculture represente actuellement 22 pour cent de la production mondiale des produits halieutiques destines a l'alimentation humaine (Mathias 1995). Par contre, la part de l'aquiculture demeure faible meme si, de 1993 a 2010, la production aquicole mondiale devait doubler passant de 15,8 a 31 millions de tonnes si la consommation moyenne annuelle de 13 kg de poissons par habitant est maintenue (ibid. 1995).

Dans plusieurs regions du monde, le developpement de l'aquiculture en milieu marin s'est fait de facon anarchique et non structuree. Le developpement de plusieurs projets d'elevage a davantage repose sur une approche experimentale par essaiserreurs lors de la phase d'implantation que sur un veritable transfert de connaissances, puisque les contraintes du milieu n'ont pas ete priorisees. Un site aquicole potentiel est defini en fonction de ses conditions environnementales optimales pour elever (mollusques, crustaces et poissons) ou pour cultiver une espece donnee (algues et plantes aquatiques).

Cependant, l'evolution de l'aquiculture ne doit pas se faire aux depens des habitats et de l'ecosysteme aquatique. Le choix des sites represente un defi de taille dans le respect des contraintes ecologiques. Il existe deux approches pour choisir les sites a potentiel aquicole pour elever ou cultiver une espece donnee. La premiere approche, dite de terrain (Cote et al. 1993, 1994; Claereboudt et al. 1994), presente des limitations surtout en ce qui a trait a l'application a d'autres sites. La deuxieme approche, dite monocritere par teledetection (St. Martin 1993; Sudarshana et al. 1993), presente des limitations majeures puisqu'elle est faite en fonction d'un capteur particulier et d'un nombre limite de parametres predetermines et incommensurables.

Peu d'etudes ont ete consacrees a l'application des SIG a l'environnement marin (Davis and Davis 1988). Dans les etudes sur le milieu marin, on n'a generalement utilise que les capacites classiques des SIG que sont l'edition, la visualisation bidimensionnelle et le traitement a l'aide de fonctions simples consistant en la superposition de couches. Seules les etudes de Lambert (1992) et de Simms et Dubois (1999) ont tenu compte des elements de modelisation et des scenarios de prediction de biomasse de la ressource, laquelle etait dans ces cas les macrophytes des zones intertidale et sublittorale. De plus, l'evolution des SIG vers les systemes d'aide a la decision a reference spatiale et l'elaboration de processus decisionnels a reference spatiale n'ont pas ete considerees dans ces etudes. Les besoins en cette matiere necessitent a l'elaboration de systemes ou l'utilisateur teste et evalue lui-meme les differentes strategies et scenarios d'utilisation et de gestion de l'environnement marin.

L'objectif de cet article est de proposer une nouvelle approche basee sur la teledetection passive et l'emploi d'un systeme d'information a reference spatiale (SIRS). Il s'agit d'evaluer les parametres les plus significatifs (les plus critiques) en fonction des capteurs, de definir un potentiel aquicole en analysant les parametres critiques, de produire une carte preliminaire regionale de l'indice global du potentiel agricole et d'etudier l'influence des autres parametres sur cette carte. Cette methode permet donc de faire valoir de facon particuliere les facteurs les plus significatifs en fonction des especes aquicoles a cultiver et de mieux tenir compte des variabilites spatiale et temporelle de ces facteurs.

Description de l'approche suggeree

L'approche suggeree consiste a evaluer la capacite des capteurs a identifier certains parametres. Il s'agit de coupler chaque parametre a un ou plusieurs capteurs satellitaires ou aeroportes. Pour ce faire, la methode de Grenier et al. (1989) a ete reevaluee et une adaptation a ete faite pour un zonage aquicole regional (Habbane et Dubois 1996; Habbane et al. 1997). La reevaluation tient compte des resolutions spatiale, spectrale et temporelle des capteurs, mais egalement des criteres de disponibilite des images et des algorithmes d'estimation des parametres. Bien entendu, seulement certains parametres sont estimes de facon qualitative ou quantitative par teledetection. Les autres parametres tel que la salinite et les courants, necessitent des mesures in situ. La structure et la coordination d'un projet aquicole supposent l'utilisation de donnees multisources et multi-echelles. L'utilisation d'un SIRS offre des possibilites de traitement de ces donnees et presente un veritable outil d'aide a la description et a l'analyse d'informations.

En se basant sur les travaux de Simon (1977), sur la prise de decision, et de Roy (1985), sur la methodologie multicritere d'aide a la decision, le cadre propose pour l'aquiculture est caracterise de la facon suivante: 1) une echelle espace-temps des donnees en format matriciel, 2) une dimension remporelle qui s'ajoute au cadre conceptuel et 3) une modification de la methode d'agregation multicritere par le developpement de fonctions d'indices sectoriels du potentiel aquicole pour chaque parametre. Cette facon de faire est necessaire pour une modelisation plus rigoureuse du milieu naturel. Sur la figure 1, on presente les principales differences entre la presente approche et l'approche classique utilisee jusqu'a maintenant. En fait, les etudes reliees au choix de sites aquicoles reposent sur deux approches differentes. Dans la premiere approche, on presente une vision locale, puisqu'elle depend des donnees ou des sites d'echantillonnage in situ. Dans la deuxieme, avec l'utilisation

de la teledetection, on prone le modele monocritere des SIRS. Ce modele n'est pas justifie dans le cadre des problemes a reference spatiale ou le vecteur incommensurable des parametres leur confere un caractere multicritere. L'approche proposee ici comporte trois etapes qui seront decrites brievement.

[FIGURE 1 OMITTED]

Etape d'evaluation parametres-capteurs

La premiere etape commence par l'identification de l'ensemble des parametres environnementaux relies au developpement d'une activite aquicole, afin de cibler le ou les capteurs de teledetection pouvant etre utilises comme reference primaire pour effectuer un zonage aquicole regional et pour evaluer les combinaisons parametres-capteurs. Les principaux parametres environnementaux pour le zonage aquicole dans les zones intertidale, sublittorale et infralittorale peuvent etre regroupes en cinq themes: la geomorphologie et la sedimentologie, la physique, la biologie, la chimie et les activites anthropiques (tableau 1). La justification des differents parametres est presentee dans Lessard et al. (1989), Grenier et Dubois (1990) et Habbane (1997).

L'estimation des parametres lies a chaque zone aquicole depend des caracteristiques instrumentales des capteurs (resolutions spatiale, spectrale et remporelle) et des algorithmes developpes avec chaque capteur pour chaque parametre. Les capteurs evalues ici sont ceux qui sont dans le domaine oceanographique (Habbane et Dubois, 1996) (tableau 2). Cette evaluation est basee sur une appreciation subjective, qui est de 1 (bien), 2 (assez bien), 3 (passable) et `-' (non applicable). A la lumiere de l'identification des parametres environnementaux sur l'aquiculture, de l'importance relative de chaque parametre pour les differentes zones aquicoles (tableau 1) et de l'importance relative des capteurs, il est necessaire de considerer d'autres criteres, soit: 1) le cout relie aux operations et la disponibilite des images compte tenu de la couverture nuageuse dans certaines regions, tel que le golfe du Saint-Laurent, et 2) la disponibilite et l'efficacite des algorithmes developpes avec ces capteurs pour estimer chaque parametre.

Les capteurs mentionnes precedemment offrent une vue synoptique des processus cotiers et des parametres. Cependant, il est utopique de croire que tous ces capteurs peuvent etre utilises en meme temps pour effectuer un zonage aquicole. Les problemes de cout et de disponibilite des images, d'etalonnage, de trajectoire des capteurs, de frequence temporelle de detection ainsi que d'etendue de la region d'etude necessitent a un compromis sur le choix d'un capteur ou d'au plus deux capteurs. Il faut donc choisir: compromis entre la fidelite geometrique des images satellitaires optiques et les conditions nuageuses, compromis entre la limite de resolution spatiale (HRV, TM) et la limite de resolution temporelle (AVHRR). Cependant, le zonage d'une region potentielle au developpement aquicole necessite l'identification des parametres environnementaux les plus significatifs (critiques).

Etape de hierarchisation geographique

A la lumiere de l'analyse et de l'evaluation des parametres, de leur importance relative par rapport aux differentes zones aquicoles et du choix du capteur, la problematique de choix de sites aquicoles a l'aide de la teledetection passive peut etre elaboree en fonction des niveaux regional, local et individuel.

La proposition d'hierarchiser le cadre conceptuel pour l'aquiculture en trois niveaux est justifiee par l'approche a partir des decisions et non a partir des donnees. En effet, jusqu'a present les recherches sont realisees au moyen de l'approche par les donnees, selon laquelle l'utilisateur effectue un inventaire des informations disponibles sans mettre l'accent sur la preparation de la decision. Cependant, a cause des limites instrumentales de la teledetection (images AVHRR) et d'autres limites (disponibilite des donnees sur les autres parametres, dimension geographique de la region, etc.), l'utilisateur ne peut actuellement produire une carte preliminaire regionale d'indice global du potentiel aquicole (niveau regional) a une echelle inferieure a celle de 1 [km.sup.2]. Bien entendu, cette carte peut etre modifiee et raffinee plus tard aux echelles locale (niveau local) ou d'expertise de site (niveau individuel) au fur et a mesure que des donnees plus precises deviennent disponibles.

Au niveau regional (10 a 10 000 [km.sup.2]), l'utilisateur doit tenir compte des parametres les plus significatifs (critiques) pour produire la carte preliminaire d'indice global du potentiel aquicole. Ces parametres peuvent etre de trois groupes principaux: les caracteristiques des masses d'eau (temperature et salinite), la circulation generale (courants) et la disponibilite du phytoplancton (pigments chlorophylliens). A ce niveau, l'echelle spatiale est un compromis entre la resolution du capteur et la repartition des mesures in situ, puisqu'il n'existe pas, a l'heure actuelle, un capteur capable de mesurer tous les parametres du niveau regional a la fois. La limite de resolution spatiale de 1 [km.sup.2], soit celle du capteur AVHRR, est adoptee a ce niveau.

Au niveau local (1 a 10 [km.sup.2]), l'utilisateur modifie la carte preliminaire regionale en utilisant les informations disponibles sur les autres parametres. Ces derniers representent la geomorphologie littorale, la bathymetrie, les sediments en suspension, les sediments du fond, les vents et les vagues, la maree, l'influence des decharges fluviales, les glaces marines, le carbone organique dissous, les algues, les aires de peche et les sources de pollution. A ce niveau, la limite de resolution spatiale est inferieure ou egale a 1 [km.sup.2].

Au niveau individuel (moins de 1 a 10 [km.sup.2]), l'utilisateur rencontre l'ensemble des intervenants (entrepreneur, associations, gouvernement, etc.) pour realiser une expertise site par site. Lors de cette expertise, l'utilisateur met l'accent sur les structures et les amenagements portuaires ainsi que sur l'impact environnemental et social de l'implantation d'une activite maricole. L'expertise de site inclut egalement le choix de structures aquicoles (cages flottantes, filieres, etc.) et l'adaptation d'une ou de plusieurs especes a elever ou a cultiver en fonction de la technique maricole choisie. Ce niveau necessite beaucoup plus de travail en concertation avec les biologistes aquicoles et les ingenieurs civils qu'aux autres niveaux. Il depasse largement le cadre de cet article. A ce niveau, l'utilisateur doit travailler a une microechelle, a partir de mesures in situ.

Etape de transformation en indices sectoriels de potentiel aquicole

Avant de produire les cartes d'indices sectoriels du potentiel aquicole, le decideur doit a transformer les parametres en leur equivalent en indices du potentiel aquicole et a calculer le poids relatif de chaque parametre. Ceci est effectue en deux sous-etapes: le developpement de la fonction `potentiel aquicole' pour chaque parametre et l'estimation du poids des parametres.

Developpement de la fonction `potentiel aquicole-parametre'

La fonction `potentiel aquicole-parametre' est une courbe mettant en relation la valeur du parametre avec sa valeur en potentiel aquicole, qu'on chiffre entre 0 (faible) et 1 (eleve) (Sudarshana et al. 1993). Les fonctions sont developpees a partir de donnees quantitatives, en tenant compte a la fois des informations sur chaque parametre, des interactions entre les differents parametres et des especes a elever. La procedure pour estimer la fonction peut etre la suivante: obtenir l'information sur la relation entre le parametre et le potentiel aquicole, diviser l'echelle de l'axe d'indice du potentiel aquicole en plusieurs intervalles et exprimer la relation du parametre dans cet intervalle. Les valeurs de la fonction `potentiel aquicole-parametre' peuvent etre modifiees et raffinees, en fonction des connaissances acquises sur une region particuliere, sur une espece a elever, sur le suivi de la croissance, de la mortalite et de la survie de l'espece ainsi que sur la faisabilite technique. Sur la figure 2, on illustre quelques exemples de fonction pour les parametres des niveaux regional (temperature et salinite) et local (bathymetrie). Les autres courbes d'indices sont disponibles dans Habbane (1997).

[FIGURE 2 OMITTED]

Estimation du poids des parametres

Outre l'elaboration des fonctions, l'utilisateur est amene a realiser deux sous-etapes: il remplit la matrice d'evaluation (matrice de jugements ou de decision) en evaluant les criteres entre eux, d'apres une echelle cardinale ou ordinale, et il calcule le poids de chaque critere ou parametre. Ces coefficients (poids) expriment l'importance relative de chaque parametre pour obtenir le resultat final. Par exemple, les poids peuvent etre determines au moyen d'un questionnaire. On interroge l'utilisateur sur le classement des criteres par comparaison par paire en fonction de la methode de Saaty (1990).

Le but de la constitution de la matrice de comparaison de Saaty est de calculer les poids de chaque parametre. L'importance des parametres depend de la region d'etude, de la zone aquicole, de l'influence d'un parametre par rapport a un autre sur le milieu ainsi que de l'espece a elever en fonction des differentes techniques maricoles. Dans ce cas, les parametres peuvent etre hierarchises en fonction de plusieurs niveaux d'importance. La methode de Saaty permet d'estimer les poids de ces parametres en les comparant deux a deux dans une matrice d'indices de comparaison. Ces indices representent l'importance relative de chaque parametre par rapport a un autre, en utilisant l'echelle presentee sur le tableau 4. En bout de ligne, nous obtenons une matrice de comparaison P, comme suit:

ou [a.sub.ij] sont les indices de comparaison du tableau 4 ; [a.sub.ij] signifie que [p.sub.i] est [a.sub.ij] plus important que [p.sub.j].

La matrice de comparaison P est positive et reciproque ([a.sub.ij] = 1/[a.sub.ji]). De plus, cette matrice est consistante, c'est-a-dire que [a.sub.ik] = [a.sub.ij]/[a.sub.jk]. Le vecteur W des poids des parametres d'une matrice consistante est egal a un vecteur propre principal W (principal eigenvector), tel que P * W = n * W (n est le nombre de parametres). En revanche, la matrice P n'est pas toujours consistante dans le cas des problemes multicriteres. Dans ce cas, il faut calculer une valeur maximale, [sup.[lambda]]max, telle que [sup.[lambda]]max [greater than or equal to] n; P * W = [sup.[lambda]]max * W. La coherence de P peut etre appreciee a partir d'un indice de coherence ou de consistance (Staaty 1984; Vargas 1990).

Etape de realisation

La realisation represente l'etape finale, soit la production de la carte d'indice global du potentiel aquicole. L'utilisateur agrege l'ensemble poids et cartes d'indices sectoriels du potentiel aquicole de chaque parametre. L'agregation est sous forme d'une fonction additive:

S = n [summation over (p=1)] ([W.sub.i] x [F.sub.i])

ou S est la carte d'indice global du potentiel aquicole, [w.sub.i] le poids relatif de chaque carte d'indices sectoriels (0 a 0,9) du potentiel aquicole et [F.sub.i], la carte d'indices sectoriels du potentiel aquicole de chaque parametre.

Application dans la baie des chaleurs

Choix de la region d'etude et des parametres

La cote nord de la baie des Chaleurs a ete choisie en raison de sa haute productivite par rapport aux eaux adjacentes du golfe du Saint-Laurent (Legendre et Watt 1970), a cause de resurgences d'eau froide induites par les vents (Le Quere 1992; Bonardelli et al. 1993), d'une circulation generale controlee par les fluctuations du courant de Gaspe (Le-Sabh et Ingram 1995; Gan 1995) et de la disponibilite des donnees in situ et satellitaires. De plus, la region a deja fait l'objet de nombreuses etudes aquicoles et elle possede un potentiel eleve pour l'aquiculture (Grenier et al. 1989; Bergeron 1992; Cote et al. 1993, 1994; Claereboudt et al. 1994; Bonardelli 1994; Himmelman 1995; Himmelman et Legendre 1995).

On a egalement choisi d'effectuer un zonage regional pour la zone aquicole infrallitorale des eaux de surface, qui s'etend des isobathes de 10 a 80 m. Ce choix est influence par les limites de la resolution spatiale du capteur AVHRR, meme si des donnees auxiliaires viennent appuyer l'apport des images de ce capteur. La zone aquicole est representee par une couche d'eau de surface, qui peut varier de 5 m (presence de stratification) a 25 m (passage d'un cyclone et de tempetes) (Tamigneaux 1996). De plus, les experiences effectuees par Cote et al. (1993, 1994), Claereboudt et al. (1994) et Himmelman (1995) ont montre que la couche de surface d'environ 20 m d'epaisseur peut supporter adequatement une activite aquicole en suspension (petoncle juvenile).

Les parametres du niveau regional comprennent la temperature, la salinite, les courants et les pigments chlorophylliens. Ces parametres determinent: 1) la circulation des masses d'eau dans la baie des Chaleurs, laquelle est liee de facon dynamique aux gradients de pression atmospherique, a la temperature et a la salinite ainsi qu'a la vitesse du courant (Bonardelli et al. 1993) et 2) la productivite primaire representee par des pies phytoplanctoniques (pigments chlorophylliens) (Legendre et Watt 1970; Cote et al. 1993; Claereboudt et al. 1994). La vitesse du courant et la salinite presentent une faible variabilite interannuelle et meme saisonniere. En revanche, la temperature et les concentrations en pigments chlorophylliens presentent des variations saisonniere et meme spatiale significatives (Mingelbier 1995; Tamingneaux 1996). Compte tenu de la repartition des points d'echantillonnage et de la resolution spatiale des images AVHRR, les donnees qui proviennent des mesures in situ ont ete analysees en fonction d'une limite de resolution spatiale de 1 [km.sup.2]. Une interpolation lineaire a ete effectuee et une analyse d'erreur a ete calculee, en particulier pour la repartition des pigments chlorophylliens. Parallelement, on a opte pour une resolution temporelle de basse frequence (2 a 10 jours) et saisonniere.

Cartes des indices sectoriels et d'indice preliminaire global du potentiel aquicole

Avant de produire une carte regionale d'indice global du potentiel aquicole, il faut transformer les cartes des parametres en leur carte d'indice sectoriel respectif. Cette transformation s'effectue a l'aide d'un programme informatique original que nous avons mis au point. Il s'agit d'un programme structure, subdivise en unites logiques (Rosenbaum and Scholles 1991) et ecrit en langage Turbo Pascal (version 7.0), puis integre au logiciel Idrisi (version 4.1). La carte preliminaire regionale d'indice global du potentiel aquicole des eaux de surface est la combinaison de l'ensemble des cartes d'indices sectoriels du potentiel aquicole de la temperature de l'eau de surface, de la salinite, des vitesses du courant et des concentrations en pigments chlorophylliens.

La carte d'indice sectoriel du potentiel aquicole de la temperature de l'eau de surface est obtenue en transformant les images AVHRR de temperatures maximale et minimale en indices du potentiel aquicole et en produisant une image d'indice sectoriel du potentiel aquicole moyen. Les cartes de basse frequence (5 jours) de la salinite, des courants et de la repartition des pigments chlorophylliens sont egalement transformees en leur carte d'indices sectoriels du potentiel aquicole respectif en utilisant une methode similaire. La periode de 5 jours represente une periode moyenne de basse frequence et elle domine les fluctuations de basse frequence pour la salinite et les vitesses du courant (Le Quere 1992).

La somme algebrique ponderee permet d'obtenir la carte preliminaire regionale de l'indice global du potentiel aquicole (figure 3 A). A ce niveau, les differentes cartes d'indices sectoriels du potentiel aquicole sont egalement ponderees (meme poids relatif de 0,25). Ainsi, le potentiel aquicole est identifie entre 0,25 a 0,5 et entre 0,5 a 0,75. Le secteur a potentiel aquicole de 0,5 a 0,75 couvre une superficie d'environ 300 [km.sup.2], alors que le secteur de potentiel de 0,25 a 0,5 represente une superficie de 351 [km.sup.2>. La localisation de la zone de potentiel aquicole de 0,5 a 0,75 est previsible compte tenu des fluctuations periodiques des masses d'eau (temperature/ salinite/courants) riches en pigments chlorophylliens. Ces conditions impliquent un environnement favorable a une productivite biologique elevee. Il est important de noter que cette carte represente une situation donnee (periode estivale de basse frequence de cinq jours), meme si on tient compte de la variabilite saisonniere de la temperature. Cette situation est intimement liee a la nature meme de l'environnement marin et a sa perpetuelle evolution dans l'espace et dans le temps, c'est pourquoi on a fait une etude de sensibilite des donnees afin de tenir compte de cette variabilite.

[FIGURE 3 OMITTED]

Analyse de sensibilite

L'analyse de sensibilite de la carte preliminaire regionale de l'indice global du potentiel aquicole des eaux de surface tient compte des variabilites spatiale et temporelle de chaque parametre (Habbane et al. 1997). Les variabilites temporelles (saisonniere et de basse frequence) sont identifiees, particulierement pour la temperature de l'eau de surface. La salinite, les courants et la concentration en pigments chlorophylliens sont des conditions moyennes des masses d'eau de surface pendant la periode estivale sans glace dans la baie des Chaleurs. Toutefois, la salinite n'excede pas 33,3 pour cent mais elle peut n'atteindre que 10,8 pour cent tres pres de la cote (Cardinal 1967). D'un autre cote, les vitesses du courant ainsi que les concentrations en pigments chlorophylliens peuvent varier avec les saisons.

Ainsi, on introduit arbitrairement une erreur de [+ or -] 25 pour cent dans chacun des parametres afin de simuler la variabilite des parametres dans l'espace et dans le temps. Pour introduire cette erreur, on divise les cartes de repartition de la salinite, des courants des concentrations en pigments chlorophylliens par 2. Par la suite, on produit de nouvelles cartes d'indices du potentiel aquicole en utilisant les memes indices du potentiel aquicole. La somme algebrique ponderee de ces nouvelles cartes permet de produire une carte preliminaire regionale d'indice global du potentiel aquicole incluant une erreur de [+ or -] 25 pour cent sur chaque parametre (figure 3 B). Ainsi, avec une erreur de [+ or -] 25 pour cent, l'aire de potentiel aquicole de 0,25 a 0,5 couvre toute la zone. Ce resultat est principalement du a la vitesse du courant ([less than or equal to] 4 cm.[s.sup.-1]). D'habitude, dans les environnements a haute energie (> 16 cm.[s.sup.-1]), les fortes vitesses du courant inhibent le systeme de filtration des organismes et reduisent par consequent leur taux de croissance. Cependant, les etudes effectuees par Claereboudt et al. (1994), dans la baie des Chaleurs, ont montre que les vitesses du courant de l'ordre de 16 cm.[s.sup.-1] sont favorables seulement si les petoncles etaient maintenus en suspension dans des paniers d'elevage.

La variabilite spatiale de l'ensemble `temperature, salinite et pigments chlorophylliens' est reliee au deplacement des masses d'eau par les courants, lesquels sont induits par les gradients de pression. Cet exercice d'analyse de sensibilite spatiale de la carte preliminaire regionale est important pour determiner le deplacement horizontal des secteurs potentiels aquicoles identifies auparavant. Le deplacement des particules passives par advection horizontale depend des vitesses du courant et de l'intervalle de temps pendant lequel elles agissent. Ce deplacement, du aux fluctuations des courants, peut etre estime au moyen de la formule de Loder et al. (1988), qui indique que l'ecart-type du deplacement des particules et des masses d'eau est ici inferieur ou egal a 4 km (figure 3 C). Cet ecart est peu significatif puisque la zone de potentiel aquicole de 0,5 a 0,75 s'etend sur environ 28 km.

Validite de la carte regionale d'indice global du potentiel aquicole

Il est essentiel mais difficile de valider une information (carte d'indices du potentiel aquicole) basee sur des indices elabores de facon subjective. Toutefois, ces indices sont issus d'une analyse quantitative des parametres et ils ont meme ete sous-estimes pour ne pas influencer le resultat final.

En 1996, dans la baie des Chaleurs, il y avait quatre sites aquicoles en exploitation (trois pour la moule et un pour le crabe) et 21 sites alloues ou a retude, soit au total 23 pour la moule, un pour le crabe et un pour le petoncle (Thomas 1996). La dimension de chaque site est inferieure a 1 [km.sup.2> et les caracteristiques biophysiques des sites ne sont pas disponibles. Toutefois, pour le Petoncle geant, des donnees prelevees dans quelques etudes ont permis d'obtenir les valeurs quantitatives de certains parametres pour lesquels un site presente un potentiel aquicole optimal (ici entre 0,75 a 1). Avec les caracteristiques specifiques a cette espece, on a determine les indices sectoriels du potentiel aquicole pour ces conditions a partir des fonctions deja elaborees. Le resultat permet de determiner si le decideur a sous-estime ou sur-estime le potentiel aquicole de la carte regionale d'indice global du potentiel aquicole.

Plusieurs etudes et tests ont ete realises sur la cote nord de la baie des Chaleurs pour etablir le potentiel aquicole du Petoncle geant (Cote et al. 1993, 1994; Bonardelli, 1994; Claereboudt et al. 1994; Himmelman 1995; Himmelman and Legendre 1995). Dans ces etudes, on tient compte a la fois des conditions environnementales (temperature-salinite, vitesses du courant, concentrations en pigments chlorophylliens, profondeur, seston total, etc.) et de l'influence de la densite du petoncle dans les paniers d'elevage. Les conditions environnementales pour lesquelles le Petoncle geant presente un potentiel aquicole optimal ont ete identifiees pour deux sites: Gascons et Lighthouse (Claereboudt et al. 1994). A ces conditions, on a collige les indices du potentiel aquicole elabores precedemment (tableau 5). Il faut noter que la croissance optimale du petoncle s'effectue pour des temperatures de 12 a 13,5 [degrees]C et pour des salinites de 25 a 30 pour mille (Bonardelli 1994). A partir de ces valeurs, on determine les ecarts par rapport aux conditions moyennes et, par consequent, les indices du potentiel aquicole.

L'analyse du tableau 5 montre que, pour ces conditions environnementales moyennes, l'indice global du potentiel aquicole est respectivement de 0,55 et de 0,61 pour les sites de Lighthouse et de Gascons. Si ces conditions sont attribuees a un site de potentiel aquicole optimal (i.e. indice > 0,75), alors l'utilisateur a sous-estime cet indice global du potentiel aquicole. Par consequent, les secteurs de la carte d'indice global du potentiel aquicole des eaux de surface infralittorale de la baie des Chaleurs semblent etre realistes. Ce resultat est previsible puisque, des le debut du processus, l'utilisateur a ete conservateur dans son elaboration de la fonction d'indices sectoriels du potentiel aquicole pour chaque parametre. Il faut noter que cette facon de faire a ete rationnelle compte tenu de l'influence d'autres parametres sur la croissance de l'espece. En effet, la densite du petoncle et les salissures dans les paniers d'elevage agissent egalement, mais la temperature et la nourriture influencent grandement la croissance et la reproduction (Cote et al. 1994; Bonardelli 1994). Il faut ici noter une faible concentration en pigments chlorophylliens probablement due au fait que les conditions instables des masses d'eau ne favorisent pas la croissance de phytoplancton de taille superieure a 20 microns.

Conclusion

A la lumiere de l'analyse et de l'evaluation des parametres, de leur importance relative par rapport aux differentes zones aquicoles et du choix du capteur, une problematique de choix de sites aquicoles par teledetection a pu etre suggeree en tenant compte de trois niveaux meme si seulement le premier niveau (regional) a ete illustre ici. La hierarchisation en trois niveaux est justifiee par le fait meme de notre approche par les decisions et non pas par les donnees comme c'etait le cas des approches precedentes (St. Martin 1993; Sudarshana et al. 1993). En effet, dans ces etudes, l'utilisateur effectue un inventaire des informations disponibles sans mettre l'accent sur la preparation de la decision. Dans la presente approche, au contraire, on identifie tous les parametres, on etablit leur importance relative par rapport aux differentes zones aquicoles et on tient compte des connaissances de l'utilisateur de la ressource pour l'estimation des poids relatifs des parametres puisque ces donnees sont incommensurables.

Si, aux niveaux regional et local de l'etape de hierarchisation, le decideur doit mettre l'accent sur les parametres extrinseques, comme la temperature ou les sources de nourriture, certains facteurs intrinseques, telle la concentration de proteines antigel, permettent d'expliquer, en partie, la variabilite de la duree de conservation des especes halieutiques en fonction des saisons. En effet, un des problemes de developpement de l'aquiculture dans les pays nordiques est le climat. L'hiver froid et la couverture de glace pendant cette saison limitent considerablement l'installation d'un support aquicole. Toutefois, l'amelioration de techniques d'adaptation des especes au froid constitue une voie et un enjeu importants. Une structuration adequate et une strategie decisionnelle militent en faveur de l'installation d'une activite aquicole, meme pendant les mois d'hiver, dans les eaux cotieres des pays nordiques.

La prochaine etape de cette recherche serait d'obtenir les images et les donnees necessaires plus precises pour pouvoir produire, dans la meme region que celle de la presente etude, des cartes des niveaux local et individuel, ce qui permettrait egalement de contribuer a valider la carte actuelle du niveau regional.
Tableau 1

Importance relative de chaque parametre pour les differentes zones
aquicoles intertidale, sublittorale et infralittorale (eaux de
surface, intermediaire et profonde)

                                                    Zone aquicole
                                                     intertidale

Geomorphologie et     Geomorphologie                      +
sedimentologie        Evolution littorale                 +
                      Bathymetrie                         -
                      Facies du fond                      +
                      Sediments en suspension             +

Physique              Temperature                         +
                      Courants                            +
                      Vagues                              +
                      Vents-tempetes                      +
                      Marees                              +
                      Panache d'eau douce                 +
                      Glace et leur derive                +

Biologie              Pigments chlorophylliens            +
                      Algues toxiques                     +
                      Carbone org. dissous                +
                      Contam. bacteriologique             +
                      Algues intertidales                 +
                      Algues infralittorales              -
                      Zones de peche                      -

Chimie                Salinite                            +
                      Oxygene dissous                     +
                      pH                               [+ or -]
                      Sources de pollution                +

Activites             Structures et                       +
anthropiques          amenagements

                                                    Zone aquicole
                                                     sublittorale

Geomorphologie et     Geomorphologie                      -
sedimentologie        Evolution littorale                 +
                      Bathymetrie                         +
                      Facies du fond                      +
                      Sediments en suspension             +

Physique              Temperature                         +
                      Courants                            +
                      Vagues                              +
                      Vents-tempetes                      +
                      Marees                           [+ or -]
                      Panache d'eau douce                 +
                      Glace et leur derive                +

Biologie              Pigments chlorophylliens            +
                      Algues toxiques                     +
                      Carbone org. dissous                +
                      Contam. bacteriologique             +
                      Algues intertidales                 -
                      Algues infralittorales              +
                      Zones de peche                      -

Chimie                Salinite                            +
                      Oxygene dissous                     +
                      pH                               [+ or -]
                      Sources de pollution                +

Activites             Structures et                       +
anthropiques          amenagements

                                                   Eaux de surface

Geomorphologie et     Geomorphologie                      -
sedimentologie        Evolution littorale                 -
                      Bathymetrie                         +
                      Facies du fond                      -
                      Sediments en suspension             +

Physique              Temperature                         +
                      Courants                            +
                      Vagues                              +
                      Vents-tempetes                      +
                      Marees                              -
                      Panache d'eau douce              [+ or -]
                      Glace et leur derive                +

Biologie              Pigments chlorophylliens            +
                      Algues toxiques                     +
                      Carbone org. dissous                +
                      Contam. bacteriologique          [+ or -]
                      Algues intertidales                 -
                      Algues infralittorales              -
                      Zones de peche                      +

Chimie                Salinite                            +
                      Oxygene dissous                     -
                      pH                                  -
                      Sources de pollution                +

Activites             Structures et                    [+ or -]
anthropiques          amenagements

                                                    Zone aquicole
                                                        infra.
                                                     Eaux interm.

Geomorphologie et     Geomorphologie                      -
sedimentologie        Evolution littorale                 -
                      Bathymetrie                         +
                      Facies du fond                      -
                      Sediments en suspension             -

Physique              Temperature                         +
                      Courants                            +
                      Vagues                              -
                      Vents-tempetes                      -
                      Marees                              -
                      Panache d'eau douce                 -
                      Glace et leur derive                -

Biologie              Pigments chlorophylliens            +
                      Algues toxiques                  [+ or -]
                      Carbone org. dissous                +
                      Contam. bacteriologique          [+ or -]
                      Algues intertidales                 -
                      Algues infralittorales              -
                      Zones de peche                      +

Chimie                Salinite                         [+ or -]
                      Oxygene dissous                     -
                      pH                                  -
                      Sources de pollution                +

Activites             Structures et                    [+ or -]
anthropiques          amenagements

                                                      Eaux prof.

Geomorphologie et     Geomorphologie                      -
sedimentologie        Evolution littorale                 -
                      Bathymetrie                         +
                      Facies du fond                      +
                      Sediments en suspension          [+ or -]

Physique              Temperature                         +
                      Courants                            +
                      Vagues                              -
                      Vents-tempetes                      -
                      Marees                              -
                      Panache d'eau douce                 -
                      Glace et leur derive                -

Biologie              Pigments chlorophylliens            -
                      Algues toxiques                  [+ or -]
                      Carbone org. dissous                +
                      Contam. bacteriologique             -
                      Algues intertidales                 -
                      Algues infralittorales              -
                      Zones de peche                      +

Chimie                Salinite                            -
                      Oxygene dissous                     +
                      pH                                  +
                      Sources de pollution                +

Activites             Structures et                    [+ or -]
anthropiques          amenagements

(+: plus important, -: moins important, [+ or -]: facultatif)

N.B. Zone intertidale: de maree haute de vive-eau a maree basse de
morte-eau

Zone sublittorale: de maree basse de mote-eau a une profondeur
d'environ 8m

Zone imfralittoale: d'environ 8 m de profondeur au rebord du plateau
antivental

SOURCE: Milne (1979)

Tableau 2

Caracteristiques spectrale, spatiale, radiometrique et temporelle
des capteurs passifs

Capteur        Bandes spectrales         Resolution spatiale (nadir)

CASI [1]       450 - 900 nm              [greater than or equal to] 1 m

HRV [2]        XS1: 500 - 590 nm         20 m
               XS2: 610 - 650 nm         20 m
               XS3: 790 - 910 nm         20 m
               P: 510 - 730 nm           10 m

TM [2]         TM1: 450 - 520 nm         30 m
               TM2: 520 - 600 nm         30 m
               TM3: 630 - 690 nm         30 m
               TM4: 760 - 900 nm         30 m
               TM5: 1,55 - 1,75 :m       30 m
               TM7: 2,08 - 2,35 :m       30 m
               TM6: 10,4 - 12,5 :m       120 m

AVHRR          1: 580 - 680 nm
[3]            2: 725 - 1100 nm
               3: 3,55 - 3,93 :m         1,1 km
               4: 10,3 - 11,3 :m
               5: 11,5 - 12,5 :m

ATSR           1: 1,6 :m
[3]            2: 3,7 :m                 1 km
               3: 10,8 :m
               4: 11,9 :m

OCTS           OCTS 1: 402 - 422 nm
[4]            OCTS 2: 433 - 453 nm
               OCTS 3: 480 - 500 nm
               OCTS 4: 510 - 530 nm
               OCTS 5: 555 - 575 nm      0,7 km
               OCTS 6: 655 - 675 nm
               OCTS 7: 745 - 785 nm
               OCTS 8: 845 - 885 nm
               OCTS 9: 3,55-3,88 :m
               OCTS 10: 8,25-8,8 :m
               OCTS 11: 10,3-11,4 :m
               OCTS 12: 11,4-12,5 :m

SeaWiFS [5]    SW1: 402 - 422 nm
               SW2: 433 - 453 nm
               SW3: 480 - 510 nm
               SW4: 500 - 520 nm         1,13 km
               SW5: 545 - 565 nm
               SW6: 660 - 680 nm
               SW7: 745 - 785 nm
               SW8: 845 - 885 nm

Modis-N [6]    400 - 12 000 nm           500 - 1 000 m

Capteur        Bandes spectrales          Resolution radiometrique

CASI [1]       450 - 900 nm               12 bits

HRV [2]        XS1: 500 - 590 nm
               XS2: 610 - 650 nm          8 bits
               XS3: 790 - 910 nm
               P: 510 - 730 nm

TM [2]         TM1: 450 - 520 nm
               TM2: 520 - 600 nm
               TM3: 630 - 690 nm
               TM4: 760 - 900 nm          8 bits
               TM5: 1,55 - 1,75 :m
               TM7: 2,08 - 2,35 :m
               TM6: 10,4 - 12,5 :m

AVHRR          1: 580 - 680 nm
[3]            2: 725 - 1100 nm
               3: 3,55 - 3,93 :m          10 bits
               4: 10,3 - 11,3 :m
               5: 11,5 - 12,5 :m

ATSR           1: 1,6 :m
[3]            2: 3,7 :m                  10 bits
               3: 10,8 :m
               4: 11,9 :m

OCTS           OCTS 1: 402 - 422 nm
[4]            OCTS 2: 433 - 453 nm
               OCTS 3: 480 - 500 nm
               OCTS 4: 510 - 530 nm
               OCTS 5: 555 - 575 nm       10 bits
               OCTS 6: 655 - 675 nm
               OCTS 7: 745 - 785 nm
               OCTS 8: 845 - 885 nm
               OCTS 9: 3,55-3,88 :m
               OCTS 10: 8,25-8,8 :m
               OCTS 11: 10,3-11,4 :m
               OCTS 12: 11,4-12,5 :m

SeaWiFS [5]    SW1: 402 - 422 nm
               SW2: 433 - 453 nm
               SW3: 480 - 510 nm
               SW4: 500 - 520 nm          10 bits
               SW5: 545 - 565 nm
               SW6: 660 - 680 nm
               SW7: 745 - 785 nm
               SW8: 845 - 885 nm

Modis-N [6]    400 - 12 000 nm            10 bits

Capteur        Bandes spectrales         Repetitivite

CASI [1]       450 - 900 nm              -

HRV [2]        XS1: 500 - 590 nm
               XS2: 610 - 650 nm         26 jours
               XS3: 790 - 910 nm
               P: 510 - 730 nm

TM [2]         TM1: 450 - 520 nm
               TM2: 520 - 600 nm
               TM3: 630 - 690 nm
               TM4: 760 - 900 nm         16 jours
               TM5: 1,55 - 1,75 :m
               TM7: 2,08 - 2,35 :m
               TM6: 10,4 - 12,5 :m

AVHRR          1: 580 - 680 nm
[3]            2: 725 - 1100 nm
               3: 3,55 - 3,93 :m         0,5 jour
               4: 10,3 - 11,3 :m
               5: 11,5 - 12,5 :m

ATSR           1: 1,6 :m
[3]            2: 3,7 :m                 20 jours
               3: 10,8 :m
               4: 11,9 :m

OCTS           OCTS 1: 402 - 422 nm
[4]            OCTS 2: 433 - 453 nm
               OCTS 3: 480 - 500 nm
               OCTS 4: 510 - 530 nm
               OCTS 5: 555 - 575 nm      3 jours
               OCTS 6: 655 - 675 nm
               OCTS 7: 745 - 785 nm
               OCTS 8: 845 - 885 nm
               OCTS 9: 3,55-3,88 :m
               OCTS 10: 8,25-8,8 :m
               OCTS 11: 10,3-11,4 :m
               OCTS 12: 11,4-12,5 :m

SeaWiFS [5]    SW1: 402 - 422 nm
               SW2: 433 - 453 nm
               SW3: 480 - 510 nm
               SW4: 500 - 520 nm         1 jour
               SW5: 545 - 565 nm
               SW6: 660 - 680 nm
               SW7: 745 - 785 nm
               SW8: 845 - 885 nm

Modis-N [6]    400 - 12 000 nm           1 jour

[1]: Gower et al. (1992)

[2]: Bonn et Rochon (1992)

[3]: Minnett (1988)

[4]: http://mentor.eorc.nasda.go.jp/ADEOS/

[5]: Lyon and Willard (1993), [6]: Esaias and Barnes (1986)

The Canadian Geographer / Le Geographe canadien 46, no 2 (2002)

Tableau 3

Temperatures et salinites de survie et de croissance optimale
de certaines especes representant un potentiel maricole dans
les eaux du Quebec

                                              Temp.
Espece                                        de survie ([degrees]C)

Saumon de l'Atlantique (Salmo salar)          -0,7 a 25
Huitre americaine (Crassostrea virginica)     -2,0 a 40
Moule bleue (Mytilus edulis) *                -2,0 a 30

                                              Temp.
Espece                                        optimale ([degrees]C)

Saumon de l'Atlantique (Salmo salar)          13 a 16
Huitre americaine (Crassostrea virginica)     15 a 20
Moule bleue (Mytilus edulis) *                10 a 20

                                              Salinite
Espece                                        de survie
                                              ([per thousand])

Saumon de l'Atlantique (Salmo salar)          0 a 35
Huitre americaine (Crassostrea virginica)     10 a 45
Moule bleue (Mytilus edulis) *                15 a 35

                                              Salinite optimale
Espece                                        ([per thousand])

Saumon de l'Atlantique (Salmo salar)          11
Huitre americaine (Crassostrea virginica)     26
Moule bleue (Mytilus edulis) *                26

Compile a partir de Cook et al. (1987)

* espece supportant de plus faibles et de plus fortes salinites
que ces valeurs presentees

Tableau 4

Echelle de comparaisons binaires de neuf points

Indice ou degre d'importance               Definition - Explication

        1                              Importance egale des deux
                                       parametres

2 Importance moyenne d'un
parametre par rapport a un
autre

        5                              Importance forte ou determinante
                                       d'un parametre par rapport a un
                                       autre

        6                              Importance tres forte d'un
                                       parametre par rapport a un autre

        9                              Importance absolue d'un
                                       parametre par rapport a un autre

        2,4,6,8                        Valeurs intermediaires entre
                                       deux appreciations voisines; un
                                       compromis est necessaire entre
                                       deux appreciations

        Reciproques (1/2, 1/3, ...)    Si le parametre [p.sub.i] se
                                       voit attribuer l'un des indices
                                       precedents, lorsqu'il est
                                       compare a un parametre
                                       [p.sub.i], [p.sub.i] a donc
                                       la valeur reciproque lorsqu'il
                                       est compare a [p.sub.i]

Modifie de Saaty (1984)

Tableau 5

Conditions environnementales moyennes et indices sectoriel et global
du potentiel aquicole (IPA) pour le Petoncle geant dans deux sites
de la baie des Chaleurs, au Quebec (entre parentheses est indique
l'ecart type)

Parametre                                       Lighthouse        IPA

Temperature ([degrees]C)                        9,1 (1,0)         0,73
Salinite ([per thousand])                       29,2 (0,4)        0,80
Vitesse du courant (m.[s.sup.-1])               0,165 (0,012)     0,60
Pigments chlorophylliens (mg.[m.sup.-3])        1,12 (0,13)       0,05

Somme algebrique ponderee                                         0,55

Parametre                                       Gascons           IPA

Temperature ([degrees]C)                        9,2 (1,2)         0,73
Salinite ([per thousand])                       29,2 (0,3)        0,80
Vitesse du courant (m.[s.sup.-1])               0,084 (0,009)     0,85
Pigments chlorophylliens (mg.[m.sup.-3])        1,01 (0,19)       0,04

Somme algebrique ponderee                                         0,61

Compile a partir de Claereboudt et al. (1994)


Remerciements

Les auteurs remercient, pour leurs precieux conseils, le regrette Mohammed El-Sabh, ancien professeur au Departement d'oceanographie de l'Universite du Quebec a Rimouski, et John Bonardelli, de G.R.T. Aqua-Technologies Ltee de Riviere-au-Renard.

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JEAN-MARIE M. DUBOIS et MOHAMED HABBANE

Departement de geographie et teledetection, et Centre d'applications et de recherches en teledetection, Universite de Sherbrooke, Sherbrooke, Quebec, Canada, J1K 2R1 (e-mail: jmdubois@courrier.usherb.ca)
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Author:Dubois, Jean-Marie M.; Habbane, Mohamed
Publication:The Canadian Geographer
Geographic Code:1CQUE
Date:Jun 22, 2002
Words:8379
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