Le mercure (Hg) est un élément métallique naturellement présent dans l'environnement qui connaît aussi un cycle d’émission anthropique. Le Hg est présent sous différentes formes inorganiques (mercure élémentaire Hg°; mercure ionique Hg2+) et organiques (e.g. méthylmercure MeHg). Le Hg peut être méthylé dans l'eau et les sédiments par le métabolisme des bactéries pour former du MeHg, la forme chimique la plus toxique qui est de plus bioamplifiée dans la chaîne alimentaire aquatique. Le travail effectué dans cette thèse « Etude de la spéciation et du devenir du mercure dans les eaux côtières » a répondu à trois objectifs: - Déterminer les formes chimiques du Hg dans les eaux côtières à des concentrations inférieures au ng/L (10-9 g/L).- Etudier les transformations du Hg (Méthylation, Deméthylation et Réduction) dans les eaux estuariennes et côtières et leur influence sur le cycle du Hg dans la zone littorale (panache turbide de l’Adour). Evaluer les émissions du Hg gazeux (Hg°) dans les zones estuariennes et côtières par l’utilisation des modèles semi-empirique d’échange gazeux à l’interface eau-atmosphère. / Mercury (Hg) is a metallic element naturally found in all the environmental media that could also be released by anthropogenic processes. Mercury is present in various chemical forms, inorganic (elemental mercury Hg°, ionic mercury Hg2+) and organic (e.g. methylmercury MeHg). Hg can be methylated in water and sediments by the metabolism of the bacteria to form MeHg, the most toxic Hg form which is biomagnified in the aquatic food chain. This work "Study of mercury speciation and fate in coastal waters" had three objectives: - Determination of the chemical forms of Hg in coastal waters at low concentrations, lower than ng/L (10-9 g/L). - Determination of Hg transformations (Methylation, Demethylation and Reduction) in estuarine and coastal waters and their influence on the Hg cycle in the coastal zone (turbid plume of the Adour River). - Evaluation of the emission of gaseous Hg (Hg°) in coastal and estuarine zone using semi-empirical gas exchange models at the water-air interface.

Les eaux côtières du Sud du Golfe de Gascogne sont soumises à l’expulsion d’un panache fluvial au niveau de l’estuaire de l’Adour. Ces eaux douces peuvent entrainer de fortes variations des concentrations en matières minérales en suspension (MSM, en mg,l-1), en chlorophylle- a (Chla, en mg,m-3) et en matière organiques dissoutes colorées (MODC, en mg,l-1) contenues dans les eaux côtières. En modifiant la transparence de l’eau et en charriant des nutriments et des bactéries, elles peuvent affecter la productivité biologique et avoir un impact significatif sur la santé humaine. Notre étude a pour but de développer des algorithmes empiriques et de tester l’efficacité des images MODIS-Aqua pour la cartographie des substances particulaires et dissoutes contenues dans les eaux côtières soumises à l'influence du panache de l'Adour. Dans cet objectif, deux missions océanographiques ont été réalisées afin de mesurer simultanément les MSM, la turbidité (en NTU), la Chla et les MODC et la réflectance de télédétection de l’eau in-situ. Deux algorithmes empiriques opérationnels pour la quantification des matières minérales en suspension et de la turbidité ont été développés. Une automatisation du traitement des images MODIS-Aqua déjà corrigées des effets atmosphériques et à la résolution de 250 mètres (produit MYD09GQ) a été réalisée. Ce système opérationnel a permis de cartographier les concentrations en sédiments en suspension contenus dans le panache sur 246 jours, entre 2006 et 2009. La première étude à grande échelle spatiale et temporelle de la dynamique hydro-sédimentaire du panache de l'Adour a ainsi pu être réalisée. Finalement, plusieurs algorithmes ont été proposés pour la quantification des concentrations en chlorophylle-a dans le sud du Golfe de Gascogne. Ces relations empiriques devront être testées sur de nouvelles mesures in-situ afin de préciser leurs limites de validité. Notre étude montre l’apport de l’imagerie satellitaire MODIS pour la surveillance du panache de l'Adour. A plus long terme, un système efficace de surveillance de la qualité des eaux côtières de la côte Aquitaine pourrait être envisagé. / The southern Bay of Biscay coastal waters are under the direct influence of the freshwater plume from the Adour estuary. The river outflow leads to a strong variability in the concentration of mineral suspended matters (MSM in mg l-1), chlorophyll-a (Chla, mg, m-3) and colored dissolved organic matters (CDOM in mg l-1) contained in coastal waters. By changing the transparency of the water and carrying nutrients and bacteria, they may affect biological productivity and have a significant impact on human health. Our study aims to develop empirical algorithms and test the efficiency of MODIS-Aqua imagery to map particulate and dissolved substances contained in coastal waters under the influence of the Adour plume. In this aim, two oceanographic missions were carried out to measure simultaneously the MSM, turbidity, Chla and CDOM and the remote sensing reflectance of water. Two empirical operational algorithms for quantification of suspended mineral matters and turbidity have been developed. An automated processing of atmospherically-corrected MODIS-Aqua-250m product (MYD09GQ product) was performed. This operating system has been used to map the concentrations of suspended sediment content in the plume at 246 days between 2006 and 2009. Thus, the first study at large spatial and temporal scale of the Adour plume dynamics has been achieved. Finally, several algorithms have been proposed in order to quantify the concentrations of chlorophyll-a in the southern Bay of Biscay. These empirical relations must be tested on new in-situ measurements to clarify their validity limits. Our study shows the contribution of the MODIS satellite imagery to monitor the Adour plume. In future, an effective monitoring system of Aquitaine coastal water quality could be considered.

L'acquisition de paramètres marins à partir des données spatiales de la couleur de l'eau nécessite l'élimination de la contribution de l'atmosphère au signal mesuré par le capteur. En effet, la majorité du rayonnement solaire mesuré par les instruments optiques dans les longueurs d'ondes qui intéressent la couleur de l'eau provient de la diffusion par les molécules de l'air et les aérosols atmosphériques. L'élimination de la contribution de l'atmosphère est appelée correction atmosphérique (CA). Pour les eaux claires, les méthodes de CA supposent une réflectance marine nulle dans le proche infra-rouge (PIR). Ceci permet d'estimer la réflectane de l'atmosphère et de l'extrapoler vers les bandes du visible, et donc de déterminer le signal marin qui contient les informations sur les propriétés optiques des eaux marines. Cette hypothèse n'est cependant pas vérifiée pour les eaux turbides, qui représentent la quasi totalité des eaux côtières. Par conséquent, de nombreux algorithmes de CA ont été développés pour les eaux côtières incluant des hypothèses alternatives. L'objectif de ce travail de thèse est de valider et d'améliorer ces méthodes de CA pour les images MODIS Aqua. Pour cela, diverses approches de CA développées pour les eaux cotières ont été comparées et validées : (1) l'algorithme standard de la NASA, (2) le "NIR Similary spectrum algorithm" qui inclut des hypothèes d'homogénéité spatiale des réflectances marines et atmosphériques, (3) l'algorithme qui utilise les bandes dans l'infrarouge moyen pour la CA dans les eaux très turbides, et (4) un algorithme utilisant un réseau de neurones artificiels. L'exercice de validation à partir de données in situ, et en fonction des types d'eaux, a permis d'identifier différentes pistes d'amélioration pour l'estimation du signal marin. L'un d'entre elles comprend l'utilisation de relations spectrales pour forcer les modèles de réflectances marines utilisés par les algorithmes CA pour estimer le signal marin dans le PIR. Des modifications ont été apportées aux modèles de réflectances marines de l'algorithme standard de la NASA et du "NIR Similarity spectrum algorithm". Chacun des modèles a été forcé avec des relations spectrales préalablement validées grâce à des données globales. Une étude de sensibilité et une validation de ces algorithmes modifiés à partir de données MODIS-Aqua dans la Manhe Orientale/Mer du Nord et la Guyane Française ont démontré que les modifications suggérées amélioraient les estimations du signal marin dans les eaux côtières optiquement complexes. / To acquire marine parameters from remote sensing ocean color data, the sensor-measured signal needs to be corrected for the atmospheric contribution. Indeed, the solar radiation reflected by air molecules and atmospheric aerosols is significant in the sensor bands of interest for ocean color applications. The removal of the atmospheric contribution is called the atmospheric correction (AC). In open ocean waters, the AC relies on the assumption that the water is totally absorbent in the near infrared (NIR) part of the spectral region, allowing to retrieve the atmospheric contribution and to extrapolate it to the visible spectral range, and thus to determine the marine signal that contains the information on the optical properties of seawaters. However, this assumption is not valid in highly productive and turbid coastal waters. Hence, AC approaches for coastal waters need to rely on alternative assumptions. This Ph. D. thesis has as main objective to validate and improve these AC methods developed for contrasted coastal waters, with a focus on MODIS Aqua images. First, a validation and comparison of existing AC methods, relying on diverse assumptions and methods, is performed. Therefore, four commonly used AC methods are selected, (1) the standard NIR AC approach of NASA, (2) the NIR similarity spectrum AC approach including assumptions of spatial homogeneity in the water and aerosol reflectance, (3) the switching algorithm using the short wave infrared bands for AC in highly turbid waters, (4) an Artificial Neural Network algorithm. With the help of a validation exercise based on in situ data and as a function of the water type, several areas of improvement are delineated, including the use of spectral relationships to constrain NIR-modelling schemes. Modified NIR-modelling schemes are suggested for the standard NASA and NIR similarity spectrum AC methods. Both are forced with globally valid spectral relationships. Sensitivity studies and validation exercises, using MODIS-Aqua images in the Eastern English Channel/North Sea and French Guiana waters, are conducted showing that the suggested modified NIR-modelling schemes improve the estimations of the marine signal in contrasted coastal waters.