Porter des baskets blanches, un chapeau de cowboy et une salopette, Bernie Fowler se rend chaque année en juin dans la rivière Patuxent du Maryland pour voir jusqu'où il peut aller tout en voyant le dessus de ses chaussures. Jeune homme, il pouvait voir ses pieds sur le fond de la rivière alors qu'il se tenait jusqu'à la poitrine pour fileter des crabes bleus. Aujourd'hui octogénaire, il s'aventure dans la rivière pour évaluer la clarté de l'eau. Fowler collecte ce point de données depuis 29 ans et compte, l'appelant "profondeur de baskets".

Les scientifiques effectuent des mesures précises de la clarté de l'eau à partir de données satellitaires, mais les calculs peuvent être complexes et difficiles à expliquer à des personnes extérieures à la discipline océanographique. Maintenant, la NASA adopte l'idée de baskets de Fowler pour communiquer les mesures satellites de la clarté de l'eau, permettant de partager facilement les observations avec le grand public intéressé, collectivités locales ou toute personne intéressée. Les scientifiques de la NASA appellent cet algorithme "Fowler's Sneaker Depth" - la profondeur de l'eau, en mètres, à laquelle une personne ne peut plus voir ses chaussures blanches. L'étude a été publiée dans l'édition d'avril 2017 de la revue The Optical Society Optique Express .

Le sénateur à la retraite de l'État du Maryland, Fowler, a utilisé la «profondeur des baskets» comme moyen de communiquer les changements locaux de la clarté de l'eau à ses voisins et à sa communauté. La clarté de l'eau est vitale car la lumière du soleil doit pouvoir atteindre profondément au-delà de la surface pour aider les plantes sous-marines à pousser et à maintenir un écosystème sain. À travers le monde, les eaux côtières peuvent devenir troubles en raison d'un excès de particules minérales en suspension (par exemple, un sol érodé) ou d'une abondance anormalement élevée de phytoplancton (algues microscopiques). Bien que ces effets se produisent naturellement, ils peuvent être exacerbés par l'activité humaine dans un bassin versant, comme le défrichage, développement urbain, et le rejet d'eaux usées sous-traitées. Une mauvaise clarté de l'eau peut affecter considérablement la santé humaine, la chaîne alimentaire, et l'industrie de la pêche.

"Quand vous parlez aux gens de la chimie de la rivière avec des mots scientifiques comme eutrophisation, ça rentre par une oreille et sort par l'autre, " dit Fowler. " Si vous mettez des baskets blanches et pataugez dans la rivière jusqu'à ce que vous ne puissiez plus voir vos pieds, cela vous donne une assez bonne compréhension de ce qui se passe. » Le 11 juin, 2017, Chasseur, sa famille, les amis et la communauté pataugeront dans la rivière Patuxent à Jefferson Patterson Park et feront des mesures de profondeur de baskets pour la 30e année consécutive.

Des scientifiques assis dans un laboratoire d'écologie océanique se concentrent sur la précision, dit Lachlan McKinna, un océanographe au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l'un des auteurs de l'étude. "Mais nous avons parfois besoin de meilleurs moyens de communiquer avec le grand public."

Ben Crooke, un stagiaire d'été de la NASA de 17 ans, a aidé à dériver Fowler's Sneaker Depth en tant que premier auteur de l'article. Crooke a passé une partie de son été à analyser les données et les images satellite de Fowler pour comprendre les tendances locales de la clarté de l'eau.

Crooke et l'équipe ont examiné les données de l'instrument embarqué du satellite Aqua, le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne, ou MODIS. L'instrument mesure différentes couleurs de lumière, ou longueurs d'onde, qui sont réfléchis par la matière en suspension dans l'eau. Ils ont spécifiquement examiné la quantité de lumière rouge réfléchie par les particules flottantes et les sédiments qui rendent l'eau trouble.

L'équipe a ensuite développé un modèle mathématique pour relier la quantité de lumière rouge réfléchie, mesuré par MODIS, avec la profondeur des baskets, tel que mesuré physiquement par Fowler dans la rivière Patuxent, pour les années 2002 à 2016.

L'algorithme résultant fournit un moyen facile de visualiser et de communiquer la clarté de l'eau au public. Il fournit également des mesures de profondeur de baskets observées par satellite pour n'importe quel jour de l'année non obstrué par beaucoup de nuages ​​et pour l'ensemble de l'estuaire de la rivière Patuxent.

"Nous avons examiné la variabilité de la profondeur des baskets ce jour-là de l'année par rapport à tous les autres jours de l'année, " dit Crooke, diplômé de la Sandy Spring Friends School à Ashton-Sandy Spring, Maryland, et prévoit d'étudier les sciences de l'environnement cet automne au Skidmore College de New York.

Crooke et l'équipe ont observé comment la qualité de l'eau du Patuxent varie avec la saison. Les mois d'hiver avaient la plus grande profondeur de Fowler's Sneaker (c'est-à-dire la meilleure visibilité) car le débit de la rivière est minime, ce qui signifie moins de sédiments entrants, et les conditions environnementales sont moins favorables à la croissance du phytoplancton. La fin du printemps et le début de l'été avaient tendance à avoir la profondeur de baskets la plus faible (c'est-à-dire la visibilité la plus faible) car plus de phytoplancton et de sédiments sont présents.

L'étude a également montré des sources potentielles qui influencent la clarté de l'eau de la rivière Patuxent. Dans les années récentes, l'amélioration de la gestion des bassins versants a réduit les impacts des activités d'utilisation des terres qui peuvent polluer la rivière, comme le défrichage, traitement des eaux usées, agriculture, et le développement urbain. Pourtant, les efflorescences estivales de phytoplancton se poursuivent dans l'estuaire inférieur de la rivière Patuxent, suggérant que les nutriments qui favorisent les proliférations arrivent dans la rivière depuis la baie de Chesapeake - une idée suggérée par des études antérieures.

Bien que la profondeur des baskets ait été principalement conçue comme un outil de communication pour le public, l'équipe de la NASA ne néglige pas son utilisation pour la science. Le concept de profondeur des baskets est en fait similaire à la mesure de la profondeur du disque de Secchi effectuée mensuellement par le programme de la baie de Chesapeake. En océanographie, les scientifiques abaissent une plaine, disque blanc d'un pied de diamètre - appelé disque de Secchi - dans l'eau sur une corde et enregistrez la profondeur à laquelle il disparaît de la vue. Ces mesures sont utiles aux scientifiques marins qui souhaitent connaître la profondeur de la lumière pour comprendre comment le phytoplancton et d'autres végétaux sous-marins se développent.

"Fowler's Sneaker Depth sera une mesure pour examiner les tendances à long terme de la clarté de l'eau pour obtenir des résultats scientifiquement significatifs et les communiquer au grand public, " a déclaré Ivona Cetinic, un océanographe de l'Universities Space Research Association de la NASA Goddard et l'un des auteurs de l'étude. Cetinic et l'équipe doivent encore apporter quelques améliorations. Pour un, ils pourraient définir la limite maximale de la profondeur des baskets comme la hauteur de Fowler, un moyen de conserver le contexte du nombre et d'honorer le dévouement et le travail de Fowler sur la baie de Chesapeake. Seconde, l'équipe souhaiterait recevoir plus de points de données de la communauté pour aider à affiner l'algorithme.

"Si vous avez une vieille paire de baskets blanches et que vous les mettez sur vos pieds ou une ficelle et prenez quelques mesures, cela pourrait nous aider à construire un ensemble de données et à affiner l'algorithme, ", a déclaré McKinna.