Advanced satellite oceanography

Durée

15h Th, 15h Pr

Nombre de crédits

Enseignant

Aida Alvera Azcarate

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Ce cours à caractère pratique est constitué de brèves introductions théoriques suivies d'exercices pratiques sur différentes techniques relevant de l'observation des plans d'eau (océans, mers, lacs), principalement par des capteurs satellitaires imageurs à basse résolution spatiale et haute résolutions radiométrique et spectrale opérant dans les gammes des longueurs d'onde visible, infra-rouge réflectif et infra-rouge thermique (AVHRR et MODIS par exemple).
Les techniques abordées concernent l'extraction de paramètres bio-géo-physiques de la couche superficielle de la colonne d'eau à partir de l'information multi-spectrale enregistrée par ces capteurs. Les paramètres bio-géo-physiques étudiés sont et la température de surface Sea Surface Temperature - SST) et la couleur des océans (Ocean Colour - OC). Celle-ci dépend de la concentration en chlorophylle-a, les CDOM et les matières minérales en suspension.
Nous mettons l'accent sur la qualification des données, leur signification, leur représentativité océanologique ou limnologique et les protocoles de calcul des paramètres bio-géo-physiques.
Ainsi, le premier sujet traité est l'OC (du capteur MODIS). Nous illustrons les procédures de production de produits de niveaux 2 et 3 à partir de données brutes de luminance de niveau 0/1. Plusieurs concepts physiques et géométriques seront appliqués (correction géométrique, calibration radiométrique, réflectance, correction des effets des aérosols, tests sur l'état de surface de l'eau, tests de détection des nuages, turbidité de l'eau, modèles empiriques de calcul de la concentration en chlorophylle-a, validation des résultats, ....)
Le second sujet est le calcul et l'analyse de la SST (du capteur MODIS). Nous illustrons une procédure de calcul par ajustement d'un modèle empirique mettant en relation la température de brillance enregistrée par le capteur dans différents canaux thermiques et la température de surface fournie par les données ARC-LAKE. Ces dernières sont produites par agrégation spatio-temporelle de sondages spatiaux systématiques et alignés effectués par un capteur de type Along Track Scanning Radiometer (ATSR). Cette procédure relève des techniques d'analyses multi-sources relevant de de fusion de données permettant une amélioration de la résolution spatiale.
Le troisième sujet est une analyse de séries temporelles de rasters de SST de niveau 3. Il s'agit de pathfinder produites par agrégation des acquisitions des capteurs AVHRR à bord des différents satellites POES de la NOAA. La première opération consiste en la sélection des produits, leur téléchargement et celui de la documentation, la qualification et l'organisation des données et de leur gestion. Cette opération est suivie de la création de la série temporelle, de sa synthèse par extraction de composantes principales en mode-T et l'interprétation océanographique des saturations et des images des scores factoriels. Une régionalisation par clustering est ensuite réalisée. L'extraction de séries temporelles spatialement généralisées par région et leur interprétation océanologique sont enfin effectuées.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

* Comprendre la nature et la signification océanologique des données enregistrées par les capteurs étudiés et les différents niveaux de pré-traitements. * Appliquer des protocoles de traitements standards et comprendre leur mode de fonctionnement et leurs limites. * Comprendre l'intérêt et interpréter la signification océanologique des résultats de ces traitements. * Maîtriser les fonctionnalités d'outils logiciels permettant la mise en œuvre de ces traitements.

Savoirs et compétences prérequis

Le cours exploite les compétences acquises lors du cours d'introduction à l'océanographie satellitaire. Bien entendu tous les prérequis à ce cours sont aussi exigés pour suivre le cours de notions avancées. Un intérêt de la part de l'étudiant pour l'outil informatique et une formation de base ainsi qu'une certaine expérience pratique en programmation sont aussi essentiels. Néanmoins, la diversité de profils scientifiques des étudiants généralement inscrits à ce cours nécessitera certainement une adaptation de l'enseignement. Par ailleurs, la tournure d'esprit acquise grâce aux différents cours universitaires à caractère scientifique (mathématiques, statistiques, physique, analyse spatiale ...) et techniques (méthodes numériques, programmation, cartographie, ...) constituent aussi un atout intéressant. L'interprétation océanographique des résultats des méthodes étudiées au cours reposera sur les connaissances d'hydrodynamique des lacs, mers et océans, des concepts d'océanographie physique et de climatologie ... Si nécessaire, l'étudiant effectuera une recherche de documentation scientifique à ces propos pour réaliser cette interprétation.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

L'introduction théorique pour chacun des thèmes abordés consistera en un bref cours-conférence de type ex cathedra précédant chaque exercice. Les concepts théoriques et le protocole technique seront expliqués. La pratique sera réalisée en exploitant différents outils logiciels (SeaDAS, Idrisi, MATLAB, Octave et/ou Python). Ils se dérouleront selon les principes de la pédagogie par projet et seront dirigés et contrôlés en permanence par le staff des enseignants de façon à permettre aux étudiants une auto-évaluation continue de leurs compétences par une interaction forte avec ces enseignants. Ces exercices pratiques tenteront aussi de favoriser chez les étudiants une curiosité et la découverte de solutions libres originales. Les étudiants ont accès gratuitement à la licence Idrisi et d'autres outils logiciels via le VPN de l'ULg. Pour obtenir l'information sur l'accès à ces logiciels, ils peuvent consulter l'adresse web suivante : http://www.gitan.ulg.ac.be/cms. Ce site fournit aussi le calendrier d'utilisation des salles de cours du Bâtiment B5a (B5a/4/18 et B5a/2/35). S'ils désirent en profiter pour s'exercer ou avancer dans leurs exercices pratiques, ils peuvent prendre contact avec le staff de l'Unité de Géomatique. Les étudiants peuvent aussi exploiter d'autres ressources logiciels libres disponibles sur le web (SeaDAS, R, QGIS, Octave, Python, ...) pour développer par eux-mêmes les aptitudes spécifiques attendues par cette formation. Dans la mesure du possible, nous les inciterons à installer ces ressources sur leur ordinateur personnel.

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Il s'agit d'un enseignement présentiel en grande partie, mais l'installation de ressources-logiciels libres sur leur portable et l'utilisation des licences de logiciels disponibles à l'Ulg doivent permettre aux étudiants de progresser dans leur apprentissage à leur rythme et en dehors du contexte universitaire. La présence est obligatoire. Les séances ont lieu dans le local B5a/4/18 ou B5a/2/35 selon l'horaire disponible sur le site http://www.facsc.ulg.ac.be/cms/c_253095/fr/horaires.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Les étudiants sont bien évidemment encouragés à rassembler une documentation scientifique et technique complémentaire aux informations fournies au cours et disponible par ailleurs (littérature du web, aides de logiciels, forums de discussions, livres de référence disponibles dans les UD ...).

Modalités d'évaluation et critères

Une auto-évaluation non-certificative permanente est assurée pendant les séances d'exercices par une interaction forte entre étudiants et enseignants.
L'évaluation certificative consistera en un exposé basé sur un support de diapositives numériques. Cet exposé sera réalisé par l'étudiant pendant la session d'examens de janvier. Elle portera sur les trois thèmes abordés et des questions sur cet exposé seront posées par le staff d'enseignants.
Cette procédure standard d'évaluation peut néanmoins être modifiée en accord avec les étudiants qui en seront donc tenus au courant.
Les critères d'évaluation sont les suivants : clarté, cohérence, logique, rigueur, précision, exhaustivité, concision, pertinence, transversalité (au sein du cours et entre cours), qualité des interprétations mathématiques (signification mathématique des différents coefficients des équations p. ex.), des interprétations physiques (dimensions et unités, ordre de grandeur - scaling, p. ex.) et des interprétations géographiques et océanologiques (interaction spatio-temporelle mono et multivariées et nature - type - et signification des variables p. ex.).
Le sens critique vis-à-vis des données utilisées (qualification, nature, signification, représentativité, normalisation ...) et des choix méthodologiques (justification des choix  des méthodes, des seuils adoptés, ...) sera également pris en considération lors de l'évaluation.
Par ailleurs, les réponses seront aussi évaluées sur base de la qualité et l'originalité des illustrations graphiques car l'expression graphique constitue la spécificité du scientifique. Elle permet de démontrer la bonne compréhension du phénomène. Enfin, tout enrichissement d'une réponse par une culture scientifique personnelle riche constituera aussi un facteur d'évaluation de l'excellence.
 
> Examen oral en ligne (mise à jour 10/12/2020)

Stage(s)

Néant

Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours

Le cours devrait idéalement commencer après avoir terminé le cours d'introduction à l'océanographie satellitaire, mais les contingences logistiques du master MER imposent le déroulement du cours au premier quadrimestre. Pour les étudiants de deuxième année du master en océanographie, il n'y aura pas de problème particulier, mais pour les étudiants du master MER, il faudra programmer ce cours à la fin du premier quadrimestre de façon à ce que ce cours prérequis d'introduction soit suffisamment avancé. Cette organisation qui n'est cependant pas idéale sera programmée en fonction des plages de disponibilités horaires communes pour les étudiants de seconde année du master en océanologie, du master MER, des salles de cours informatisées et du staff d'enseignants.
Le cours se déroulera dans le local B5a/2/35 ou B5a/4/18 selon l'horaire fourni par ailleurs (http://www.facsc.ulg.ac.be/cms/c_253095/fr/horaires).

Contacts

Yves CORNET, Chargé de Cours
Unité de Géomatique, 17 (B5a), Allée du 6 Août, 4000 Liège
Tél. 04 366 53 71
Mail : ycornet@ulg.ac.be
Web: http://139.165.44.35/cms/index.php

Association d'un ou plusieurs MOOCs

Notes en ligne