Enjeux sociétaux et questions de recherche

L’étude des eaux de surface continentales revêt une double importance :

1. elles représentent la plus grande partie de la ressource hydrique disponible pour les sociétés (alimentation, agriculture, industrie, récréation) 
2. leur étude permet de tracer de nombreux processus à l’œuvre au sein des bassins versants (changement de régime des pluies, érosion des sols, changement d’occupation des sols, pollutions diffuses et ponctuelles).

Les ressources en eaux sont ainsi des sentinelles des changements globaux et environnementaux. De fait, l’altération du cycle de l’eau (crues exceptionnelles, sécheresse, pollutions) constitue bien souvent le témoin le plus concret pour les sociétés des changements en cours.

Le suivi des processus hydrologiques nécessite l’observation répétitive à la fois dans l’espace et dans le temps afin de détecter les sources et les modes de transport des flux d’eaux et de  matière dans les bassins versants. Le processus hydrologique étant par nature hautement hétérogène, plus l’observation est répétée, plus elle sera fiable et riche d’informations. Carbonneau et Piégay (2012) observent que la nécessité d’étudier et de mesurer les bassins versants holistiquement amène naturellement à considérer la télédétection comme un outil de base. En effet les données spatiales sont les seules permettant une mesure continue à l’échelle du bassin versant.

De nombreuses techniques sont désormais disponibles pour étudier le cycle de l’eau par télédétection et notamment en milieu continental, mais cette situation est récente et la discipline est donc parmi les plus dynamiques en télédétection. Les techniques de télédétection employées sont de fait extrêmement variables incluant l’utilisation de techniques de radar actif dont on considère la phase (interférométrie) et/ou la puissance de l’onde électromagnétique transmise (traitement SAR, altimétrie), de radar passif (émissivité microondes des surfaces), de laser ou d’analyses du spectre à courtes longueurs d’ondes (imagerie visible et infrarouge multi, super ou hyperspectrale). Cependant, si les missions satellites et les applications augmentent, le problème de leur adéquation aux questions que se posent les hydrologues et gestionnaires des ressources en eaux demeure. Bien souvent, les développeurs des outils de télédétection ne sont pas leurs principaux utilisateurs et au-delà du caractère « démonstratif » spectaculaire de nombreuses études en télédétection, se pose le problème de leur intérêt réel pour la thématique. Il y a donc un effort à réaliser pour développer des produits robustes et répondant aux problématiques de recherche, de gestion et sociétales.

Les premières études en hydrologie réalisées par satellite ont d’abord porté sur l’observation de processus liés aux transferts d’eau et de matière dans les bassins versants, mais sans observer directement « l’eau ». On trouve ainsi de nombreux travaux depuis les années 70 sur l’utilisation de la télédétection pour l’étude de la géomorphologie des cours d’eau (Millington et Townshend 1986), des déformations de surface (Wegmuller et al. 1998), de l’évolution de l’usage des sols (Matthews 1983) ou de l’émissivité microonde des sols en lien avec leur humidité (Schmugge et Jackson 1994). Avec les progrès techniques et la mise à disposition de nouvelles sources de données, de multiples applications ont vu le jour. Il est désormais possible de suivre directement les flux hydrométéorologiques : couverture neigeuse (Papa et al. 2007), distribution des plaines inondées (Hess et al. 2003; Martinez et Le Toan 2007), variations des masses d’eau (Frappart et al. 2005; Papa et al. 2008), niveaux d’eau des fleuves (Santos da Silva et al. 2010). On peut maintenant « voir » directement au sein des cours d’eau et des lacs. La très haute résolution a constitué une révolution en permettant de cartographier au sein de petits cours d’eau leur bathymétrie (Fonstad et Marcus 2005), les micro-habitats (Marcus et al. 2003) ou la nature des fonds de rivières (Carbonneau et al. 2005) en utilisant l’imagerie optique passive ou lidar. La période actuelle est donc exceptionnelle en termes de développements techniques et laisse ainsi espérer de grandes avancées sur les thématiques d’études liées au cycle de l’eau. En particulier, il est certain que la synergie de l’observation spatiale, de l’observation in situ, et d’outils de modélisation permettra d’aborder des questions fondamentales liées aux transferts d’eaux et de matières depuis la physique des processus de petite échelle jusqu’à la prédiction climatique.

Quelques produits Theia sur l’eau

Produits et services associés

Données satellitaires

Altimétrie radar

Services, Logiciels & Outils

AlTiS

Produits

Carte d’irrigation en Catalogne

Produits

Carte d’occupation des sols de la France métropolitaine

Produits

Carte d’occupation des sols de La Réunion

Produits

Carte des cultures irriguées du Sud-Ouest

Produits

Carte du réservoir en eau utile des sols de France métropolitaine

Produits

Cartes des cultures irriguées Adour et Tarn

Produits

Cartes des fractions granulométriques des sols et de la teneur en éléments grossiers pour la France métropolitaine

Cartographie des surfaces gelées en milieux agricoles

Changements d’altitude des glaciers

Produits

Hauteur des lacs et rivières

Produits

Humidité dans la zone racinaire

Produits

Humidité du sol

Produits

Humidité du sol à 25 km de résolution

Produits

Humidité du sol à très haute résolution spatiale

Produits

Indice de sécheresse

Produits

Neige

Occupation des sols de 3 bassins versants (Haïti)

Précipitation

Produits

Réflectance de surface Landsat

Produits

Réflectance de surface Sentinel-2

Produits

Réflectance de surface Spot 5 (Take 5)

Produits

Réflectance de surface VENUS

Produits

Rugosité de surface

Produits

Spot 4 (Take 5)

Surfwater – Suivi dynamique de surfaces en eau

Produits

Variables de cycle de l’eau

Produits

Variables végétales (Postel)

Produits, données, outils & services

WaterDetect

CES Theia concernés

Centre d’expertise scientifique

CES Cartographie et suivi des surfaces en eau

Centre d’expertise scientifique

CES Cartographie numérique des sols

Centre d’expertise scientifique

CES Couleurs des eaux continentales

Centre d’expertise scientifique

CES Détection des surfaces gelées

Centre d’expertise scientifique

CES Évapotranspiration

Centre d’expertise scientifique

CES Hauteur des lacs et rivières

Centre d’expertise scientifique

CES Humidité de surfaces

Centre d’expertise scientifique

CES Humidité du sol à très haute résolution spatiale

Centre d’expertise scientifique

CES Irrigation

Centre d’expertise scientifique

CES Occupation des sols

Centre d’expertise scientifique

CES Réflectance de surface

Centre d’expertise scientifique

CES Risques maladies infectieuses

Centre d’expertise scientifique

CES Sécheresse

Centre d’expertise scientifique

CES Surface enneigée

Centre d’expertise scientifique

CES Volumes d’eau de surface des plaines d’inondation

Actualités Theia sur l’eau

Actualités

Projets TOSCA attendus d’ici le 6 avril

L’APR TOSCA du CNES 2023 vient d’être ouvert à propositions. Un soutien important pour la recherche sur tous les domaines des surfaces continentales.

Actualités

[Enquête Theia] Utilisation et gestion des données acquises par drone pour la communauté surfaces continentales

Theia ouvre une enquête sur les besoins et pratiques de la communauté en matière de données drone. Merci de votre participation

Paroles de Theia

« Un espace de co-construction entre l’expression des besoins et la mise en œuvre des savoir-faire nécessaire pour y répondre »

Philippe Maisongrande, Responsable des programmes biosphère continentale, CNES, nous parle de son engagement et de sa vision du pôle.

Bulletin Theia

Le Bulletin n°17 vient de paraître

Découvrez le nouveau Bulletin Theia, avec toutes les nouvelles du réseau et les dernières productions des CES.

Lire plus d’actualités sur l’eau

Applications

L’étude des ressources en eaux est un domaine largement interdisciplinaire. De fait, les produits qui sont développés dans le cadre du pôle Theia ont vocation à être intégrer dans des structures intégratives observant les bassins versants dans toute leur complexité et sur le long terme. Parmi les exemples d’applications, on peut citer :

• Service National D’Observation HYBAM – Hydrologie et Géochimie du Bassin de l’Amazone (www.ore-hybam.org). Ce SNO a pour vocation d’observer sur le long terme le devenir des grands cours d’eaux amazoniens et de comprendre la variabilité hydrologie et des transfert de matière en fonction de climatologie et des activités anthropiques. Il intègre depuis plusieurs années l’observation spatiale, comme l’altimétrie ou la couleur, afin de densifier les observations des réseaux conventionnels. HYBAM repose sur une coopération internationale (8 pays) formés par des partenaires de recherche et en hydrologie opérationnelle (service hydro-météo).
• EyeOnWater (eyeonwater.eu)pour le suivi de la qualité des eaux sur une grande quantité de plan d’eau. L’ACRI-HE a développé une chaîne de traitement complète et pleinement opérationnelle pour l’évaluation de la qualité des eaux de plus de 600 lacs. La chaîne réalise le téléchargement du produit, l’application de corrections atmosphériques (algorithme LAC-ACRI), la restitution de la qualité de l’eau et la publication des résultats sur une interface web EyeOnWater.
• Glowabo (Global Water Bodies) élaboré par une équipe internationale (France, Suède, Etats-Unis) est une base de données quantifiant et cartographiant le nombre de corps d’eau de notre planète grâce à la télédétection spatiale et un algorithme de détection automatique des surfaces en eau. Pour chaque corps d’eau, Glowabo fournit une description précise de la distribution géographique, de l’abondance, de la taille, de la forme et de l’altitude.

Thèses

• Suivi des ressources en eau par une approche combinant la télédétection multi-capteur et la modélisation phénoménologique
  Malbéteau Yoann (2016)
  Université Paul Sabatier, Toulouse III
• Une approche d’aide à la décision pour la gestion d’un système d’irrigation gravitaire : modélisation multi-agents, télédétection et optimisation par algorithme évolutionnaire
  Belaqziz Salwa (2014)
  Faculté des sciences et Techniques, Université Cadi Ayyad – Marrakech (Maroc)
• Etude de la rétrodiffusion altimétrique pour la caractérisation des surfaces et de l’humidité des sols en Afrique de l’Ouest
  Christophe Fatras (2015)
  Université de Toulouse