Les proliférations d'algues nuisibles peuvent causer de gros problèmes dans les zones côtières et les lacs des États-Unis. Lorsque des organismes aquatiques contenant des toxines se multiplient et forment une prolifération, cela peut rendre malade les gens et les animaux, contaminer l'eau potable, et forcer la fermeture des sites de navigation de plaisance et de baignade.

Avec des ressources limitées pour surveiller ces proliférations souvent imprévisibles, les gestionnaires de l'eau se tournent vers les nouvelles technologies de la NASA et de ses partenaires pour détecter et suivre les dangers potentiels. Ceci est particulièrement critique dans les lacs et les réservoirs que les gens utilisent à la fois pour les loisirs et l'approvisionnement en eau.

Une nouvelle application pour les appareils mobiles Android, de l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis et maintenant disponible sur Google play, alertera les fonctionnaires et les membres du public lorsqu'une prolifération d'algues nuisibles pourrait se former, en fonction des changements spécifiques de la couleur de l'eau observés par les satellites. L'application est un produit du réseau d'évaluation des cyanobactéries multi-agences, ou CyAN.

"L'intérêt est d'utiliser la télédétection comme un œil dans le ciel, système d'alerte précoce pour obtenir une image des cyanobactéries nocives dans les lacs intérieurs des États-Unis, " a déclaré Jeremy Werdell, le responsable du centre de vol spatial Goddard de la NASA pour CyAN, qui comprend également l'EPA, le U.S. Geological Survey (USGS) et la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

"Les ressources sont limitées, et il n'est pas possible pour tout le monde sur le terrain de surveiller en permanence tous les plans d'eau intérieurs, ", a-t-il déclaré. "Les satellites fournissent un outil pour aider à savoir comment et quand dépenser des ressources pour aller collecter des échantillons d'eau."

La NASA étudie la qualité de l'eau depuis l'espace depuis des décennies, à partir de 1978 avec l'instrument Coastal Zone Color Scanner qui utilisait la couleur de l'océan pour étudier les populations de phytoplancton. Avec des instruments ultérieurs, comme le spectroradiomètre imageur à résolution modérée sur les satellites Terra et Aqua de la NASA, la résolution était suffisamment fine pour distinguer les grands lacs intérieurs et les réservoirs, et les scientifiques ont commencé à utiliser les données pour détecter les signatures des cyanobactéries dans l'eau douce.

Les cyanobactéries sont présentes naturellement dans de nombreux plans d'eau, des Grands Lacs aux petits étangs de quartier. En petit nombre, ces algues ne sont pas un problème. Mais dans les bonnes conditions - eau chaude, lumière du soleil, ainsi que des nutriments qui emportent souvent les champs agricoles - les cyanobactéries peuvent se multiplier et former des proliférations potentiellement toxiques.

Même si les algues individuelles sont microscopiques, les fleurs peuvent être vues de l'espace. En nombre massif, les efflorescences de cyanobactéries peuvent apparaître sous forme de larges bandes et taches vertes en raison de leur pigment photosynthétique principal. Leur présence peut également être détectée par fluorescence, que les efflorescences algales émettent en réponse à l'exposition au soleil. En utilisant les caractéristiques uniques de la floraison, instruments sur les satellites NASA/USGS Landsat, les satellites Copernicus Senteinel-2 et Copernicus Sentinel-3 de l'Agence spatiale européenne, ainsi que plusieurs autres, sont capables de détecter la présence d'algues.

Avec des programmes informatiques développés pour analyser ces observations satellitaires de Sentinel-3, Les supercalculateurs de la NASA produisent des rapports hebdomadaires sur la couleur - et d'autres informations sur la qualité de l'eau - de plus de 2, 000 lacs à travers les États-Unis dans le cadre du projet CyAN, dit Bridget Seegers, chercheur à Goddard dans la Ceinture de verdure, Maryland.

Les utilisateurs de la nouvelle application CyAN pourront marquer un lac particulier avec une épingle, qui apparaîtra en vert si le lac semble sans floraison, jaune si des algues sont présentes mais en dessous d'un certain seuil de préoccupation, ou rouge, indiquant qu'une efflorescence est probablement présente. Il est conçu non seulement pour les gestionnaires de la qualité de l'eau, Seegers a dit, mais pour les gens qui mettent un canoë sur leur voiture et se demandent où aller, ou une pourvoirie qui oriente les gens vers le meilleur lac pour faire du kayak.

CyAN a démarré en 2015, et a travaillé avec des agences étatiques et locales pour identifier les proliférations potentiellement nocives, dit Blake Schaeffer, un écologiste de recherche avec l'EPA et le chef de cette agence pour le programme.

Les responsables de la qualité de l'eau des régions de l'EPA et de l'Office of Water se sont associés à CyAN pour tester et évaluer l'application et les données satellitaires, il a dit, par ailleurs, groupes de scientifiques citoyens, les groupes tribaux et le public ont également manifesté leur intérêt pour les données.

« Nous mettons le pouvoir des informations satellitaires directement entre les mains des gens, " Schaeffer a déclaré. "Ils n'ont pas à extraire des données; ils peuvent opter pour que les données leur soient transmises."

Le programme a des limites, toutefois. Les satellites ne peuvent pas voir à travers les nuages, et en raison de la résolution de Sentinel-3A, les lacs devraient avoir une largeur d'un peu plus d'un demi-mile (900 mètres) pour être suivis avec des données de la plus haute qualité.

Pour scruter des lacs et des réservoirs encore plus petits, Schaeffer et d'autres se tournent vers Landsat. En raison de problèmes avec les nuages ​​(et d'une revisite moins fréquente), satellites Landsat, les scientifiques obtiennent environ une mesure claire d'un site donné chaque mois. Mais avec la résolution spatiale plus élevée de Landsat, ils peuvent suivre les informations sur la qualité de l'eau de plus de 60% des lacs et réservoirs américains, ou plus de 170, 000 plans d'eau.

Landsat et Sentinel-3 sont complémentaires; Landsat a une plus grande résolution spatiale tandis que Sentinel-3 collecte des données sur des sites individuels plus fréquemment et détecte des longueurs d'onde plus appropriées pour les cyanobactéries. En outre, Les satellites Landsat ont des capteurs thermiques qui peuvent être utilisés pour surveiller la température de surface des lacs, ce qui est utile, puisque les températures plus chaudes favorisent la croissance de la floraison. Schaeffer étudie comment ajouter ce facteur supplémentaire dans le programme de surveillance.

Finalement, l'objectif est de créer un système de surveillance de la qualité de l'eau qui exploite les données de nombreuses sources - Sentinel-2, Landsat, et autres satellites, ainsi que les informations recueillies sur l'eau, dit Nima Pahlevan, chercheur à Goddard et membre de l'équipe scientifique Landsat.

Lui et son équipe travaillent sur la meilleure façon d'utiliser les données Landsat et Sentinel pour identifier les lacs, rivières, réservoirs et autres plans d'eau présentant un excès d'algues. La mission Landsat est opérationnelle depuis la fin des années 1970, afin que les chercheurs et les gestionnaires de l'eau puissent suivre l'histoire d'un lac donné pour déterminer si chaque lac - ou potentiellement même un pixel individuel dans une image d'un lac - a changé, et s'il indique une floraison.

"Nous espérons qu'avec ces images, produit en temps quasi réel, en 3 à 4 heures seulement, nous pouvons créer un système pour émettre des avertissements spécifiques à chaque lac ou réservoir, " a déclaré Pahlevan.

L'un des défis auxquels le groupe est confronté est qu'il n'y a pas beaucoup de mesures d'eau prises dans les différents lacs pour comparer, et vérifier, ce que le satellite rapporte. Avec le soutien du Landsat Project Science Office, Pahlevan et ses collaborateurs ont placé trois instruments à Green Bay, Wisconsin, Lac Okeechobee, Floride, et Grizzly Bay, Californie, prendre des mesures de l'eau à des fins de comparaison avec Landsat et d'autres mesures satellitaires.

Avec ces données de terrain, et travailler cet été qui comprend le suivi d'une poignée de lacs à l'aide de Landsat et Sentinel-2, Pahlevan espère développer le programme et l'étendre à un système opérationnel avec plus d'emplacements d'ici l'été 2020.

Pour des gens comme Donalea Dinsmore, qui travaille pour le Wisconsin Department of Natural Resources (DNR), davantage d'outils de surveillance par satellite seraient un ajout bienvenu à la suite de méthodes que l'État utilise pour garder un contrôle sur les endroits où se produisent les proliférations d'algues nuisibles. Chaque été, le département reçoit des questions sur la nocivité de la boue verte flottant sur les lacs, ou des rapports de chiens malades après avoir nagé ou bu dans un lac, elle a dit. Le DNR du Wisconsin a du personnel qui surveille plusieurs des milliers de lacs de l'état, mais ils ne peuvent pas atteindre partout.

"Avec 15, 000 lacs, pouvez-vous tous les visiter ? Et selon le moment de votre visite, vous pourriez manquer une fleur, " Dinsmore a déclaré. "Ce peut être un programme de surveillance vraiment compliqué et coûteux si vous allez à l'aveugle. "