ExtractEO, observatoire des surfaces en eau appliqué au lac Fitri

ExtractEO est un logiciel développé par ICube-SERTIT, mettant en œuvre des chaînes automatisées de bout en bout sur des données satellitaires. ExtractEO est capable de traiter différents satellites et dispose de plusieurs chaînes implémentées, de l’extraction de l’eau et du feu à la détection des nuages. L’objectif d’ExtractEO est de travailler à la fois dans un contexte de séries temporelles et de larges zones d’études (larges fenêtres spatiales et temporelles).

Le lac Fitri, situé en zone semi-aride au Tchad au sein de la bande sahélienne, est un lac à fond plat à forte variabilité intra- et inter-annuelle. Cela est lié à la variabilité de la mousson ouest africaine qui s’exprime au lac Fitri par des fluctuations de grande amplitude de la superficie des eaux libres et de la profondeur du lac, à toutes les échelles de temps (de la saison à plusieurs millénaires). Ces dernières décennies, depuis les sécheresses des années 1970-1990, les superficies des eaux libres et des marécages ont doublé et se sont stabilisées depuis le début des années 2000 (Yalikun et al., 2020).

La chaine de traitement a été appliquée sur la série temporelle Sentinel-2 couvrant le lac Fitri de janvier 2017 à février 2021. Un masque d’eau et un masque de nuages sont dérivés automatiquement de chaque observation Sentinel-2. Les 246 images Sentinel-2 sont sélectionnées et téléchargées par ExtractEO directement, à partir de la plateforme CREODIAS. Les surfaces en eau sont détectées à partir d’un algorithme perceptron multicouche (réseau de neurones) et intégrant la base de données Global Surface Water (Pekel et al., 2016) pour l’échantillonnage.

Comprendre les dynamiques du lac

Une courbe de suivi des surfaces en eau du lac dans le temps est produite à partir des surfaces calculées pour chaque date exploitable (pas de nuages au-dessus du lac). Les variations de surfaces du lac sont impressionnantes avec une surface minimale de 194 km² et une surface maximale de 1249 km² sur la période observée. Par ailleurs, La dynamique des surfaces en eau est similaire pour les années 2017, 2018 et 2019. En 2020, la montée des eaux est significative puisque l’étendue maximale observée cette année correspond au double de la surface maximale observée lors des trois années précédentes.

Des produits d’occurrence sont également dérivés des masques d’eau du lac : occurrence annuelle et occurrence globale sur la période d’observation de 4 ans. Ces cartographies sont très utiles pour comprendre les dynamiques inter et intra-annuelle du lac.

L’ensemble des résultats offre des informations très riches pour l’étude et la gestion de ce lac. Une combinaison avec des données altimétriques est en cours par le LEGOS pour dériver des courbes hypsométriques et extraire les variations de volume. Un tel suivi régulier de la crue du lac Fitri, en plus de la pluviométrie, fournirait un excellent indicateur des tendances du climat dans cette région très peu étudiée, mais aussi des tensions sur les ressources dans le cadre de la croissance démographique. Dans ce but un projet TOSCA a été déposé, associant PRODIG, LEGOS, EOST, SERTIT et CEREGE.

C’est un succès pour ExtractEO qui permet de dériver automatiquement des masques d’eau et de nuage de très bonne qualité sur une série temporelle (Sentinel-2, mais aussi Sentinel-1), de calculer les surfaces pour construire une courbe de suivi et, enfin, de compiler des produits d’occurrence.

Jérôme MAXANT, Thomas LEDAUPHIN & Hervé YESOU
Cube-SERTIT sertit.unistra.fr
Christine RAIMOND
CNRS – PRODIG www.prodig.cnrs.fr
CES Cartographie et suivi des surfaces en eau

Références
Jean-Francois Pekel, Andrew Cottam, Noel Gorelick, Alan S. Belward, High-resolution mapping of global surface water and its long-term changes. Nature 540, 418-422 (2016). doi:10.1038/nature20584
Yalikun T., Raimond C., Nagorngar, Zakinet D., Schuster M., Sylvestre F., 2019 : Variabilités des crues et des paysages du lac Fitri depuis les grandes sécheresses des années 1970-1990.

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Voir une présentation par Jérôme Maxant lors de l’Atelier Les utilisations de la télédétection pour la qualité des eaux continentales et aux interfaces de Theia le 12 octobre 2021.