Description

Les petits réservoirs agricoles constituent une composante clé des systèmes hydriques en zones tropicales semi-arides, où ils assurent le stockage de l’eau pour l’irrigation, l’abreuvement et la résilience face à la variabilité climatique. Bien que leur nombre soit estimé à plusieurs millions à l’échelle mondiale, leur suivi demeure limité en raison de leur petite taille, de leur forte dynamique saisonnière et de la diversité des contextes agro-hydrologiques. La quantification robuste de leur surface en eau et de son évolution temporelle représente pourtant un enjeu majeur pour la gestion durable des ressources en eau et la modélisation hydrologique régionale.
La mission satellitaire SWOT (Surface Water and Ocean Topography) offre une capacité inédite de mesure de l’élévation des surfaces en eau continentales. Toutefois, SWOT n’a pas été initialement conçue pour l’observation des petits réservoirs agricoles, dont les dimensions sont souvent proches ou inférieures aux seuils de résolution nominale de la mission. Si l’estimation directe des surfaces en eau par SWOT reste limitée, notamment en raison des effets de dark water, ses mesures altimétriques représentent une source d’information précieuse pour contraindre et évaluer les dynamiques hydrologiques de ces réservoirs.
Cette thèse vise à exploiter de manière conjointe les données SWOT, les surfaces en eau dérivées des capteurs optiques et radar à résolution décamétrique (Sentinel-2, Sentinel-1, et données commerciales le cas échéant), ainsi que des données bathymétriques à haute résolution disponibles au CESBIO pour plus de retenues collinaires. Ces bathymétries, obtenues par stéréoscopie Pléiades, permettront d’établir des relations surface–élévation–volume et de servir de référence pour des exercices de cross-calibration et de validation multi-capteurs.
Les travaux s’articuleront autour de trois axes principaux. Le premier consistera à analyser les performances respectives des produits SWOT et des surfaces en eau issues des données Sentinel dans des contextes tropicaux contrastés, en identifiant les facteurs contrôlant les erreurs et les limites d’utilisabilité. Le deuxième axe portera sur l’adaptation des algorithmes SWOT développés pour les grandes surfaces en eau, afin d’améliorer l’exploitation des mesures altimétriques sur de petits objets hydrologiques. Enfin, le troisième axe visera à développer un cadre méthodologique de propagation et de comparaison des incertitudes entre données optiques, radar et altimétriques, en intégrant explicitement les contraintes bathymétriques.
En combinant des observations multi-capteurs et des données de référence uniques, cette thèse contribuera à étendre l’exploitation scientifique de la mission SWOT au suivi des petits réservoirs agricoles, tout en fournissant des outils méthodologiques transférables pour le suivi opérationnel des surfaces en eau continentales dans les régions tropicales vulnérables.

Compétences requises

Le ou la candidat(e) devra être titulaire d’un diplôme de niveau Master (ou équivalent) en télédétection, géomatique, hydrologie, sciences de la Terre, environnement ou disciplines connexes. Compétences requises: Solides bases en télédétection spatiale, en particulier sur les capteurs optiques et/ou radar. Connaissances en traitement et analyse d’images satellitaires multi-temporelles. Compétences en programmation scientifique (Python, R, ou équivalent) pour le traitement de données et le développement méthodologique. Intérêt pour les problématiques hydrologiques, la gestion des ressources en eau et les systèmes agricoles. Bonnes capacités de rédaction scientifique et de communication orale en français et en anglais. Compétences appréciées Familiarité avec les environnements de calcul scientifique (Linux, HPC). Sensibilité aux problématiques de science ouverte et de reproductibilité. Qualités personnelles Curiosité, Autonomie et rigueur scientifique. Capacité à travailler en équipe dans un environnement de recherche pluridisciplinaire. Motivation pour un projet de recherche appliqué à des enjeux environnementaux et sociétaux forts.

Bibliographie

Surface et volume en Inde du sud:
Pascal C, Ferrant S, Peña-Luque S, Selles A, Marechal JC, et al. (2024) Monitoring Indian ungauged small reservoirs volume from remote sensing: Feasibility, bias and perspectives. PLOS Water 3(12): e0000260. https://doi.org/10.1371/journal.pwat.0000260

Victoria Vanthof, Sylvain Ferrant, Romain Walcker, Richard Kelly. Stereo bathymetry to mon-
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￿10.5194/isprs-archives-xlviii-3-2024-565-2024￿

Détection surface en eau optique et radar
Peña-Luque, S.; Ferrant, S.; Cordeiro, M.C.R.; Ledauphin, T.; Maxant, J.; Martinez, J.-M. Sentinel-1&2 Multitemporal Water Surface Detection Accuracies, Evaluated at Regional and Reservoirs Level. Remote Sens. 2021, 13, 3279. https://doi.org/10.3390/rs13163279

Mathilde de Fleury, Manuela Grippa, Martin Brandt, Rasmus Fensholt, Florian Reiner, Gyula Maté Kovacs, Laurent Kergoat, Highly turbid and eutrophic small water bodies in West Africa well identified by a CNN U-Net algorithm, Remote Sensing Applications: Society and Environment, Volume 37, 2025, 101412, ISSN 2352-9385, https://doi.org/10.1016/j.rsase.2024.101412.

Mots clés

Hydrologie, Agriculture, Multi-capteur, incertitude, zones tropicales, petits réservoirs