Eau

14 mai 2022 | Atelier Les utilisations de la télédétection pour les zones irriguées

Programme & présentations

12 octobre 2021 | Atelier Les utilisations de la télédétection
pour la qualité des eaux continentales et aux interfaces

Programme et présentations

Enjeux sociétaux et questions de recherche

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

elles représentent la plus grande partie de la ressource hydrique disponible pour les sociétés (alimentation, agriculture, industrie, récréation)
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.

Fleuve Solimões au Brésil © J.M Martinez

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

Cartes de hauteur d’eau sur les fleuves et les plaines d’inondation permettant le calcul des volumes d’eau stockés en surface à l’échelle du bassin

Exemple d'utilisation du logiciel AlTiS avec des données Jason

22 séries de données sur l'humidité du sol à haute résolution spatiale et haute répétitivité (6 jours) à l'échelle de la parcelle

Humidité du sol très haute résolution pour la région d'Arles.

Carte mondiale de l'indice de sécheresse — Le produit Theia Indice de sécheresse fournit à l’échelle globale des données à 25 km de résolution élaborées à partir du satellite Smos depuis 2010.

Les synthèses annuelles de de couverture neigeuse fournissent la durée annuelle d’enneigement par pixel entre le 01 septembre au 31 août, à partir de tous les produits de niveau 2B-snow disponibles

Synthèse de l'enneigement des Pyrénées 2016-2017 — Carte de la durée d’enneigement dans les Pyrénées au cours d’une année hydrologique (1er septembre 2016 au 31 août 2017), produite par synthèse des produits de surface enneigée Theia.

Matières en suspension dans le Rhône, décembre 2016 — Le produit Qualité des eaux continentales Theia mesure notamment le taux de matières en suspension. Ici, dans le Rhône à Arles en décembre 2016

Carte de la température de surface (°C) du Lac Tchad réalisé à partir d’une image Landsat du 12 novembre 2015. Crédits : T. Tormos, N. Reynaud (Pole ECLA)

Concentrations en matières en suspension (mg/l) du Lac Tchad réalisé à partir d’une image Sentinel-2. — Carte concentrations en matières en suspension (mg/l) du Lac Tchad réalisé à partir d’une image Sentinel-2. Crédits : J.M. Martinez, G. Morin, M. Cordeiro, T. Tormos, T. Harmel, N. Reynaud (Pole ECLA – UMR GET)

Cartographie de l'évapotranspiration à l'échelle de la parcelle au Maroc. 2017

Produit Theia présentant les cultures irriguées de 2015 dans le Sud-Ouest de la France. Produit à partir de 13 images LANDSAT8 de niveau 2A . https://www.theia-land.fr/product/carte-des-cultures-irriguees-du-sud-ouest/

Produit Theia présentant les parcelles irriguées d'une une bonne partie de la Catalogne (Espagne) en 2018. Cette carte a été obtenue en utilisant des données Sentinel-1 multi-temporelles (septembre 2017 et décembre 2018). La classification de parcelles irriguées / non irriguées a été effectuée seulement sur les parcelles de grandes cultures d’été et d’hiver.

Localisation de toutes les stations Hyroweb de surveillance du niveau des lacs et des rivières dans le monde.

Mesure de la variation de la Loire (2008-2019) — Produit Hydroweb Theia mesurant les variations de niveaux pour la Loire de 2008 à 2019

Carte globale de l’humidité en zone racinaire issue du produit CATDS L4 RZSM du 30/07/2019

Humidité du sol à 25 km mesurée pour l'Europe par SMOS-IC, été 2018.

humidité du sols à 25 km pour les tropiques

Préc

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Suiv.

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

Animation régionale Theia et transverse

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