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Karem Chokmani

Télédétection et hydrologie

Projets en cours

Gestion intrasaisonnière de la fertilisation azotée dans la pomme de terre à l'aide de drone

Une fertilisation azotée optimale est importante afin de maintenir les objectifs de production en termes de bonne qualité et de meilleur rendement. Outre le profit économique, une gestion appropriée de l'azote réduit les impacts environnementaux engendrés par le lessivage des nitrates vers les eaux souterraines et par les émissions d'oxyde nitreux, un gaz à effets de serre. La mise au point de méthodes précises de diagnostic du besoin des cultures en azote est donc nécessaire pour définir les bonnes doses au bon moment et au bon endroit. Pour ce faire, il est important de tenir compte à la fois des propriétés physiques du sol, des conditions hydriques et du statut azoté des cultures. Les méthodes classiques que ce soit pour la caractérisation du sol ou de l'état de l'azote dans la plante nécessitent un travail exorbitant sur terrain à des coûts élevés et donnent des résultats qui manquent d'exhaustivité spatiale. L'objectif du projet est développer une méthodologie de gestion intrasaisonnière de la fertilisation azotée dans la culture de la pomme de terre en utilisant l'imagerie hyperspectrale acquise à partir d'un drone. Les objectifs spécifiques sont de : 1) développer une méthode de caractérisation des propriétés texturales du sol afin de définir les zones de gestion et 2) développer un modèle d'estimation de la dose optimale d'azote intégrant le statut azoté de la plante, la texture du sol et les conditions hydrométéorologiques (précipitation/irrigation)

Financement :  Ministère de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation du Québec- Programme Innov'Action

Collaboratrice : Athyna Cambouris, Agriculture et Agroalimentaire Canada

 

Développement et application d’un outil de gestion et d’analyse du risque d’inondation (GARI) sur le système transfrontalier du lac Champlain – rivière Richelieu

Les inondations sont, de toutes les catastrophes naturelles qui frappent la société canadienne chaque année, les plus fréquentes et les plus dommageables. Le Québec se trouve aussi régulièrement touché par ce type de phénomène. Entre 1990 et 2010, 27 inondations qualifiées de catastrophiques ont affecté le Québec. Les inondations survenues en juillet 1996 au Saguenay-Lac-Saint-Jean, et plus récemment, d’avril à juin 2011 le long de la rivière Richelieu, en sont des illustrations marquantes. Ce projet de recherche vise à développer un outil standardisé d’aide à la décision pour la prévention, la préparation et l’intervention face aux risques reliés aux inondations (GARI). Cet outil aura la forme d’une application intégrée à un système d’information géographique (SIG) comprenant un module de cartographie dynamique de l’aléa en temps réel et en mode préparatoire, et un module de cartographie des populations les plus vulnérables, des dommages physiques et des pertes socio-économiques. Le projet s’arrimera aux travaux en cours menés par l’INRS sur la cartographie dynamique des risques d'inondation en zones urbaines. Aussi, il s’arrimera aux travaux en cours menés par le Centre d’expertise hydrique du Québec visant à améliorer les prévisions hydrologiques sur ce bassin. Le projet appuiera également la Sécurité publique et la municipalité de St-Jean-sur-Richelieu dans l’élaboration de mesures d’atténuation des conséquences des inondations et le développement d’outils d’aide à la décision adaptés. Aussi, le projet s’appuiera sur les travaux en cours de Ressources naturelles Canada sur l’adaptation d’HAZUS pour le contexte canadien. Par ailleurs, le projet contribuera à répondre aux objectifs du Groupe de travail international du plan d’étude du lac Champlain et de la rivière Richelieu de la Commission mixte internationale.

Financement : Défense Canada - Programme canadien pour la sûreté et la sécurité et Ministère de la Sécurité publique du Québec

Collaborateurs : Monique Bernier (INRS), Miroslav Nastev (Commission géologique du Canada)

 

Suivi des fleurs d'eau d'algues bleu-vert ou cyanobactéries (FEA) par télédétection dans les petits lacs et dans le littoral près des rives

En partenariat avec l'INRS, len Groupe Hémisphères s'est doté d'un outil autonome permettant la production de cartes de la distribution spatiale de la concentration en chlorophylle a (Chl a), indice de présence des fleurs d’eau d'algues et/ou de cyanobactéries (FEA), basé sur l'imagerie du capteur MODIS. Avec la résolution spatiale (250 m) de ce capteur, il est impossible de suivre l'évolution des FEA dans les lacs de petites à très petites tailles (moins de 3 ha) et dans le littoral près des rives à cause des pixels mixtes. En 2008, de nouvelles modalités de gestion des plans d'eau au Québec ont été proposées par le gouvernement. Une des trois recommandations était d'assurer la surveillance des sources d'approvisionnement et de la qualité de l'eau dans les installations de traitement, notamment en cas d'observation d'une FEA à moins de 200 m. Ainsi et afin de compléter son offre de service, Groupe Hémisphères a besoin d'outils de suivi de l'évolution des FEA dans le littoral près des rives des lacs (moins de 200 m) ainsi que des lacs de taille petite à très petite (soit 80 % des plans d eau sur lesquels Groupe Hémisphère pose des diagnostics sur l'état de santé). Ce type de suivi pourrait être assuré avec des données du capteur Landsat dont la résolution spatiale est de 30 m. L’objectif du présent projet est de développer une approche d'estimation de la concentration en Chl a destinée aux zones près des rives et aux petits lacs avec les données Landsat en se basant sur le même concept méthodologique développé avec les données MODIS.

Financement : CRSNG - Subvention d'engagement partenarial et Groupe Hémisphères

 

L’utilisation de l’imagerie hyperspectrale embarquée sur drone pour la calibration et la validation d’un algorithme basé sur l’imagerie Sentinel-2 pour le suivi des fleurs d’eau d’algues et/ou de cyanobactéries dans les eaux douces du Québec méridional

Les fleurs d’eau d’algues et/ou de cyanobactéries (FEA) ont gagné en importance ces dernières années au Québec. Leur suivi par les méthodes d’échantillonnages standards est laborieux, coûteux et limité dans l’espace et le temps. Un modèle basé sur les méthodes d’ensembles (MBME) développé à partir d’images MODIS a démontré un grand potentiel pour détecter les FEA, particulièrement durant leur phase d’initiation. Cependant, leur suivi près des rives des lacs est impossible et c’est la zone qui pose le plus de risques à la santé publique. Le transfert conceptuel du MBME vers des données Sentinel-2 simulées d’imageries embarquées sur drone est possible. Les sorties générées de Sentinel-2, détaillées et récurrentes, seront très utiles pour les gestionnaires de l’eau afin de suivre les FEA près des rives des lacs.

Financement : Agence spatiale canadienne

Collaboratrice : Isabelle Laurion, INRS

 

Télédétection hyperspectrale pour les applications environnementales

L’objectif à long terme du programme de recherche est de contribuer à l’amélioration des connaissances dans l’utilisation de données de télédétection hyperspectrale pour des problématiques environnementales. Le programme vise ainsi le développement d’approches et d’algorithmes innovants de suivi de l’état de l’environnement basés sur la télédétection hyperspectrale. Grâce à l’accès à une infrastructure de recherche de pointe telle que le Laboratoire de télédétection environnementale par drone, ce programme permet d’allier les avantages de la télédétection hyperspectrale en termes de richesse et de qualité de l’information, à la souplesse de déploiement offerte par les drones. Ainsi, il sera question dans ce programme d’explorer de nouvelles données autrement inaccessibles en termes de qualité (large gamme spectrale, meilleures résolutions spatiale et spectrale), de caractéristiques temporelles (déploiement fréquent et au bon moment) et de caractéristiques spatiales (étendue et résolution spatiales modulables selon le besoin et zones inaccessibles). En plus de permettre l’étude de phénomènes impossibles/difficiles à suivre par des moyens conventionnels (satellitaires ou aéroportés) en raison de leur faible étendue et/ou leur grande dynamique spatiotemporelle, ces développements anticipent la mise en service de la prochaine génération de capteurs hyperspectraux satellitaires. Le programme comprend deux volets complémentaires. Le premier volet en recherche appliquée est l’étude de l’interaction spécifique entre le rayonnement électromagnétique (visible et l’infrarouge) et la végétation, le sol et l’eau douce dans tous ses états (liquide, neige, glace), ainsi que les matières en suspension qui s’y trouvent (inertes ou vivantes). Le deuxième volet a une portée analytique et est consacré au développement de techniques adaptées aux traitements des données hyperspectrales.

Financement: CRSNG - Subvention à la découverte

 

Réseau CAIMAN : CAméras aux Infrastructures MAritimes du Nunavik

Réseau de caméras installées dans six communautés du Nunavik pour étudier l'évolution des conditions de glace et soutenir la recherche en impacts et adaptation aux changements climatiques.

Partenaires : Gouvernement du Québec (MTMDET, Fonds Vert), Savoir polaire Canada, Administration régionale Kativik, Centre d'études nordiques

 


Projets récemment terminés

 

Cartographie en ligne des inondations au Québec (CLIQ)

Projet de recherche portant sur la modélisation de deux sites sur les rivières Yamaska, en Montérégie, et Petite-Nation, en Outaouais, pour la réalisation d’une série de cartes où une inondation est susceptible de se produire, et ce, à partir de l’outil CADYRI. L’étendue des zones à risque d’inondation et les profondeurs d’eau seront disponibles en fonction d’une gamme de débits des rivières modélisées dans le but de les fournir en ligne sur la plateforme Vigilance. Le projet vise également à évaluer l’ampleur du travail pour éventuellement couvrir la province.

Financement : Ministère de la Sécurité publique du Québec

 

Amélioration de la connaissance du risque relié aux inondations

Sous-projet 1 - Portrait historique des inondations et enjeux associés du secteur Decelles-Fortin-Choinière à Brigham : Produire pour la zone d’étude un ensemble de documents et de données catégorisés concernant les inondations historiques et les enjeux associés, en collaboration quand cela est nécessaire avec les citoyens ainsi que les intervenants locaux et régionaux.

Sous-projet 2 -Portrait d’un point de vue financier et de la localisation du risque d’inondation : Afin de choisir des mesures de mitigation des inondations durables ainsi que d’évaluer leur rentabilité, un portrait du risque d’inondation d’un point de vue financier et de la localisation doit être réalisé, basé sur les inondations historiques récentes (à cause de la disponibilité des données), le risque aux personnes et aux véhicules, ainsi que sur le dommage moyen annuel. Les objectifs spécifiques sont : 1) identifier et caractériser les secteurs les plus touchés par les inondations d’un point de vue financier et de la localisation; 2) quantifier le dommage moyen annuel (DMA) associé aux inondations en développant des outils d’ingénierie (modèles, courbes, équations); 3) pour la zone d’étude, évaluer le risque aux personnes et aux véhicules à partir de la vitesse d'écoulement et la hauteur de submersion du terrain naturel lors d’une inondation.

Sous-projet 3 - Évaluation préliminaire de mesures d’atténuation du risque d’inondation : Analyser de manière préliminaire l’impact de quelques mesures possibles d’atténuation du risque d’inondation, telles que le rehaussement d’une portion de la chaussée, sur le risque lui-même, mais aussi l’impact hydraulique en terme de modification de l’écoulement de la rivière. Le secteur du méandre sera en particulier ciblé.

Financement : Ministère de la Sécurité publique du Québec

 

Développement d'une méthodologie opérationnelle de suivi des rendements à l'aide de l'imagerie RADARSAT-2 dans deux cultures stratégiques pour le Canada : maïs et soya
Au Canada comme au Québec, les cultures du maïs et du soya occupent des places importantes dans l’économie agricole. En effet, au Québec les cultures du maïs et du soya se positionnent 1ère et 2e, respectivement, pour les recettes financières engendrées parmi les cultures végétales. Au Canada, ces cultures se classent 3e et 4e respectivement. Pour en arriver à de telles recettes, les agriculteurs doivent se prémunir contre les risques pouvant limiter la productivité. Ces risques comprennent les sécheresses, les inondations, l’appauvrissement du sol, l’érosion, les épidémies d’insectes ravageurs, ainsi que la propagation de maladies chez les végétaux. Avec les pressions occasionnées par les changements climatiques, l’augmentation de la population mondiale ainsi que la hausse de la demande énergétique, le suivi et la surveillance des risques limitant le rendement de ces productions deviennent essentiels dans un contexte de sécurité alimentaire. Ce projet a pour but de développer un outil d’aide à la gestion de la variabilité du rendement au champ pour les agriculteurs, sous forme cartographique à l’aide de l’imagerie RADARSAT-2. L’objectif de ce projet est de développer une méthode qui permettra aux agriculteurs canadiens de maïs et de soya d’obtenir des prévisions du rendement potentiel à des moments clés durant la saison de croissance, ainsi que le rendement à la récolte, à partir de l’imagerie RADARSAT-2. Ainsi, l’outil permettra à l’agriculteur une prévision du rendement potentiel durant la saison ainsi qu’une estimation du rendement au moment de la récolte. Les principaux bénéficiaires de cet outil sont les producteurs de maïs et de soya canadiens. Toutefois, les principaux utilisateurs de la technologie développée seront les firmes canadiennes d’agriconseil. La Coop fédérée, partenaire de développement et futur utilisateur de l’outil, est la plus grande entreprise agroalimentaire du Québec et est présente dans plusieurs autres provinces canadiennes. Depuis quelques années, elle offre aux agriculteurs membres la possibilité de leur procurer une carte de rendement de leur parcelle générée à partir de l’imagerie satellitaire optique. Une fois l’outil d’estimation de rendements (potentiels et réels) utilisant l’imagerie RADARSAT-2 mis au point, La Coop fédérée prévoit son intégration dans ses opérations courantes pour l’offrir à ses membres à travers le Canada. Les résultats escomptés à la fin de ce projet seront des cartes de rendements potentiels et à la récolte pour 3 variétés de maïs et 3 variétés de soya. Le développement des modèles reposera sur des archives RADARSAT-2 (2008-2013) acquises en Montérégie. Ces modèles seront validés à partir de nouvelles acquisitions RADARSAT-2 lors des saisons de croissances 2014 et 2015.
Financement : Agence spatiale canadienne - Programme de développement d'applications en observation de la Terre
Collaboratrice : Monique Bernier, INRS

 

Développement d'une méthodologie d'estimation du débit en rivière dans les sites non jaugés à l'aide de l'imagerie RADARSAT dans l'est du Canada
Les mesures de débit en rivière sont nécessaires pour la planification et la gestion durable des ressources en eau et pour les études sur le climat et l'écologie, entre autres. Toutefois, les stations du réseau hydrométrique canadien sont généralement localisées dans les zones habitées et/ou d’intérêt socio-économique évident. Par conséquent, la densité et la répartition spatiale de réseau hydrométrique ne sont pas optimales pour assurer un suivi opérationnel de l’ensemble des ressources hydriques canadiennes. Ainsi, des débits des rivières de larges territoires (souvent éloignées et/ou isolées) se retrouvent peu ou pas observés. Faute de moyens, de nombreuses sections de rivières localisées dans les zones habitées ne peuvent pas être couvertes par le programme d’observation de débit. La disponibilité croissante de données de télédétection dans différentes régions du spectre électromagnétique et avec diverses résolutions et étendues spatiales augmente la possibilité de suivre le débit des rivières à l’aide des capteurs spatiaux et aéroportés. L'information hydrométrique produite à partir des données de télédétection permet une couverture régionale/globale et répétitive du territoire. L’estimation du débit de rivières à l'aide de telles approches fournit un moyen de maintenir, sinon étendre le réseau d'observation hydrométrique, et ce, à des coûts raisonnables. Une des approches préconisées consiste en l’établissement d’une corrélation entre des paramètres hydrauliques et morphologiques des rivières, produits à partir des données de télédétection, et les observations in situ du débit. Cette méthode nécessite l’emploi d’un grand nombre d'images pour la calibration et la validation du modèle. En ce sens, les données radar offrent un grand potentiel en raison de la sensibilité du signal radar à la présence de l’eau dans la scène en plus de sa capacité à fonctionner indépendamment des conditions météorologiques. L’objectif principal du projet est de développer une méthodologie d’estimation du débit en rivière dans les sites non jaugés à l’aide de l’imagerie RADARSAT dans l’est du Canada. Pour atteindre cet objectif, il est prévu de : 1) Développer une méthodologie d’extraction automatique des surfaces d’eau à partir de l’imagerie RADARSAT sur des tronçons donnés de rivières et calculer les paramètres hydrauliques du tronçon (en l’occurrence la largeur effective de la surface de l’eau, We). 2) Démontrer le potentiel d’utilisation de l’information extraite de l’imagerie, en occurrence We, pour estimer le débit de sites jaugés, en vue du développement de modèles locaux (pour le site jaugé) reliant We au débit (courbe de tarage satellitaire). Il est également prévu de déterminer les paramètres optimaux (longueur du tronçon, taille et type de rivière) pour le développement de cette approche. 3) Développer une approche de régionalisation basée sur la notion de voisinage hydrologique pour le transfert des courbes de tarage satellitaires à partir des sites jaugés vers les sites non jaugés en vue du développement d’un modèle d’estimation de débit de sites non jaugés à partir de l’imagerie RADARSAT. 4) Développer un modèle conceptuel des traitements qui servira ultérieurement à la mise en place d’une procédure automatisée pour l’implémentation et l’utilisation opérationnelle de la méthodologie d’estimation de débit développée.
Financement : Agence spatiale canadienne - Programme de développement d'applications en observation de la Terre
Collaborateurs : Monique Bernier et André St-Hilaire, INRS

 

Dynamique spatiotemporelle des FEA et de cyanobactéries dans les lacs du Sud du Québec : utilisation des propriétés optiques in vivo, de l’imagerie satellitaire et de la modélisation statistique
Lorsque les fleurs d'eau d'algues et de cyanobactéries (FEA) deviennent importantes et récurrentes, elles perturbent les écosystèmes, produisent des composés malodorants et des toxines nocives pour la santé, et dégradent l'aspect esthétique des plans d'eau. L'échantillonnage in situ est le moyen le plus sûr pour suivre la progression des FEA. Toutefois, ce type de surveillance est laborieux, et pour des impératifs budgétaires évidents, il demeure limité dans le temps et dans l'espace. Le présent projet de recherche comprend trois volets complémentaires : 1) développement d’outils de détection précoce et de suivi in situ des fleurs d'eau d'algues et de cyanobactéries (FEA) et d’outils de prédiction de leur évolution dans le temps (aléa conjoncturel); 2) développement d'un algorithme satellitaire de détection des FEA adapté au Québec permettant une surveillance en temps quasi réel de leur dynamique spatiale; 3) développement d'un modèle statistique basé sur l'analyse des données historiques des FEA pour estimer la prédisposition des lacs à développer des fleurs d'eau en lien avec leurs caractéristiques physiographiques et climatiques (aléa structurel). Cette étude permettra de produire des outils exploitables par les gestionnaires de l'eau et de mieux comprendre les conditions d'apparition et de prolifération des FEA dans les lacs du Québec. De plus, ils fourniront un banc d'essai pour tester les scénarios de restauration et les impacts des changements climatiques.
Financement : FRQNT - Projet de recherche en équipe
Collaborateurs : Isabelle Laurion (INRS), Warwick F. Vincent (Université Laval)

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Karem Chokmani, professeur au Centre Eau Terre Environnement de l'INRS, Thomas Morier, étudiant à la maîtrise, et Athyna Cambouris, d'Agriculture et Agroalimentaire Canada

Karem Chokmani, professeur au Centre Eau Terre Environnement de l'INRS, Thomas Morier, étudiant à la maîtrise, et Athyna Cambouris, d'Agriculture et Agroalimentaire Canada

Thomas Morier (à droite) et un stagiaire français

Thomas Morier (à droite) et un stagiaire français