Thèse Découpler les Variations Temporelles des Stocks d'Eau de Surface et des Eaux Souterraines Connectées dans le Cadre du Changement Climatique à l'Aide de Données Satellites H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : LEGOS - Laboratoire d'Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiale
Direction de la thèse : Sylvain BIANCAMARIA ORCID 0000000261620436
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Il y a bien plus d'eau stocké dans les sols,notamment dans les zones saturées (aquifères) que dans les eaux à surface libre (lacs, réservoirs, rivières, plaines d'inondation). Cependant, les flux entre eaux de surface et eaux souterraines connaissent de fortes variations du fait de la pression anthropique et du changement climatique. Il est donc nécessaire d'estimer les échanges entre eaux de surface et eaux souterraines de manière robuste et avec une approche globale, qui ne peut se faire avec les quelques observations in situ disponibles dans les bases de données ouvertes. Les eaux de surface sont de mieux en mieux suivies par observations satellitaires, alors qu'il n'existe aucune mesure satellitaire pour observer directement les eaux souterraines. Les approches actuelles combinent estimation des eaux de surface par altimétrie et imagerie satellitaire et gravimétrie qui observe l'eau totale stockée sur les continents. En effet, bien que l'altimétrie spatiale (combinée avec des surfaces d'eau par imagerie satellitaire) permette de mesurer le volume des eaux de surface, cette approche ne capture qu'une partie du système, ignorant les interactions avec les aquifères, les zones vadoses, la biomasse et la cryosphère, qui sont pourtant essentielles pour une gestion durable des ressources en eau. Les missions gravimétriques GRACE et GRACE-FO offrent une mesure intégrée de la colonne totale d'eau avec une couverture globale. Cependant, ces approches se basent sur des hypothèses de dégradation de la résolution spatiale ou des techniques de réduction d'échelle, rendant difficile l'étude fines des flux d'eau. Cette thèse s'attaquera donc aux questions scientifiques suivantes: Quelles sont les dynamiques temporelles de vastes eaux de surface et des eaux souterraines connectées dans un contexte de changement climatique ? Comment découpler ces signaux, en exploitant la complémentarité des observations altimétriques et gravimétriques ? Est-il possible de développer des outils d'aide à la décision en se basant sur ces données ?
Cette thèse se propose donc de répondre à cette question scientifique en développant une approche innovante combinant modélisation statistique et physique, afin de quantifier les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Ces modèles seront validés à partir de données altimétriques et gravimétriques, en tenant compte des incertitudes des données satellitaires. Ceci permettra de reconstruire des séries temporelles d'eaux de surface pour les lacs et réservoirs présentant des lacunes de données, en exploitant la continuité des observations gravimétriques disponibles depuis 2002. L'objectif est de produire des séries homogènes et fiables, indispensables pour analyser les dynamiques hydrologiques à différentes échelles temporelles. Ces séries longues seront analysées et comparées aux estimations déjà publiées pour caractériser les zones de plus fortes variabilités des eaux souterraines et des eaux de surface.
Enfin, cette recherche vise à évaluer la capacité prédictive des modèles pour estimer les variations futures des stocks d'eau, en s'appuyant sur des travaux récents. Des améliorations récentes dans le traitement de GRACE/GRACE-FO ont permis la création d'un produit de colonne totale d'eauavec un aps de temps de 10 jours et à faible latence (moins de deux mois). Ce produit intégrera les améliorations attendues avec les futures missions GRACE-C et NGGM, qui promettent une résolution spatiale accrue et une réduction des délais de livraison des données. Les applications potentielles incluent la gestion des ressources en eau et le potentiel d'alerte précoce aux sécheresses ou inondations. Ce travail, mené au LEGOS en collaboration avec ses partenaires, s'inscrit dans une démarche à la fois fondamentale et appliquée, avec un fort potentiel de valorisation pour les acteurs de la gestion de l'eau.

Question scientifique : Quelles sont les dynamiques temporelles de vastes eaux de surface (lacs, réservoirs, plaines inondables) et des eaux souterraines connectées dans un contexte de changement climatique ?

Verrou scientifique et technique : Comment découpler les signaux de ces vastes eaux de surface et des eaux souterraines connectées, en exploitant la complémentarité des observations altimétriques et gravimétriques ? Est-il possible de développer des outils d'aide à la décision en se basant sur ces données ?

- bonnes connaissances en statistiques, traitement du signal et analyse de données
- connaissance de base en hydrologie et en sciences climatiques
- connaissances en gravimétrie et/ou en altimétrie serait un plus
- connaissance de l'environnement Linux, compétence en programmation python
- anglais écrit et parlé
- rigueur
- goût pour le recherche