Thèse Suivi Multi-Capteurs des Petits Réservoirs Agricoles Tropicaux Apport de la Mission Swot et Caractérisation des Incertitudes sur la Surface en Eau H/F - 31

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : CESBIO - Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère
Direction de la thèse : Sylvain FERRANT ORCID 0000000234782624
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

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.

Les petits réservoirs agricoles sont essentiels au fonctionnement des systèmes agricoles en zones tropicales semi-arides, mais restent largement sous-représentés dans les bases de données hydrologiques globales. Les capteurs optiques et radar à résolution décamétrique (Sentinel-2, Sentinel-1) permettent aujourd'hui une cartographie régulière de leurs surfaces en eau, mais avec des incertitudes dépendantes des conditions de turbidité, de végétation aquatique et de rugosité de surface.
La mission SWOT, dédiée à la mesure de l'élévation des surfaces en eau continentales, ouvre de nouvelles perspectives pour contraindre la dynamique hydrologique de ces réservoirs. Néanmoins, SWOT n'a pas été conçue pour l'observation des petits plans d'eau, et les performances de ses produits sur ces objets restent encore mal caractérisées. Le CESBIO dispose de jeux de données bathymétriques uniques, obtenus par stéréoscopie Pléiades sur un grand nombre de retenues collinaires, offrant une opportunité exceptionnelle de validation et de cross-calibration multi-capteurs.

Évaluer et étendre les capacités de la mission SWOT pour le suivi à grande échelle des fluctuations rapides de volume d'eau dans les petits réservoirs agricoles tropicaux, en combinant données altimétriques, optiques et radar afin de caractériser et réduire les incertitudes sur l'estimation des surfaces en eau.

1. Quantifier les performances et limites des produits SWOT sur les petits réservoirs agricoles.

2. Exploiter les surfaces en eau dérivées des données Sentinel-1 et Sentinel-2 comme source principale d'information surfacique.

3. Adapter les algorithmes SWOT développés pour les grandes surfaces en eau afin d'améliorer l'exploitation des mesures altimétriques sur de petits objets hydrologiques.

4. Mettre en place une cross-calibration multi-capteurs s'appuyant sur des données bathymétriques haute résolution (stéréoscopie Pléiades, CESBIO).

5. Développer un cadre méthodologique de propagation et de comparaison des incertitudes entre données optiques, radar et SWOT dans différents contextes tropicaux.

Extraction et analyse des surfaces en eau multi-temporelles à partir des données Sentinel-1 (SAR) et Sentinel-2 (optique) sur 500 petits réservoirs en Inde du sud (<10Ha).
Exploitation des produits SWOT altimétriques pour les mêmes réservoirs, avec adaptation des algorithmes aval (filtrage, agrégation, segmentation).
Intégration des données bathymétriques CESBIO pour établir des relations surface-élévation-volume.
Développement d'un cadre d'analyse et de propagation des incertitudes multi-capteurs.
Évaluation comparative des performances selon les contextes environnementaux et les tailles de réservoirs.