Thèse Evapotranspiration en Régions Semi-Arides Estimation à Partir de l'Imagerie Spatiale et Évolution à Long Terme H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : HSM - Hydrosciences Montpellier
Direction de la thèse : Jérôme DEMARTY ORCID 0000000151739030
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Les régions semi-arides sont caractérisées par des épisodes de sécheresses, qui ont tendance à accroitre autant la pression sur les ressources en eau dont les populations locales disposent. Sur ces régions, l'estimation et la gestion des ressources en eau représentent toujours des enjeux critiques. C'est particulièrement le cas au Sahel, région du globe parmi les plus exposées aux aléas climatiques et soumise à une forte expansion démographique.
À cet égard, l'évapotranspiration constitue une variable clé de la ressource en eau. Composante motrice du cycle de l'eau, elle recycle une large proportion des précipitations continentales, par échanges de vapeur entre la surface et l'atmosphère. Or, les connaissances du processus évapotranspiratoire en milieu semi-arides restent encore très disparates. Elles reposent principalement sur : i) des acquisitions de terrain relativement difficiles à collecter et pas toujours représentatives à une échelle régionale ; ii) sur l'application de modèles de surface décrivant les échanges d'eau, dans lesquels les propriétés des surfaces ne sont pas toujours bien établies. L'essor de la télédétection spatiale ces dernières décennies représente néanmoins une formidable opportunité pour estimer l'évapotranspiration sur de larges étendues. De plus, la profondeur temporelle des séries issues de la télédétection, de l'ordre de 25 ans, commence à devenir intéressante pour l'étude des tendances long terme. Le travail proposé dans cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Il vise à améliorer la connaissance de la variabilité spatiale de l'évapotranspiration, ainsi que son évolution sur ces dernières décennies dans les régions semi-arides.
L'approche retenue repose sur une méthode d'estimation de l'évapotranspiration à partie de l'imagerie spatiale acquise par télédétection visible et infra-rouge thermique. Ces domaines spectraux sont en-effet sensibles à la fois à la quantité de végétation et son niveau de stress hydrique. Un dédié aux zones semi-arides a été développé au sein de l'équipe d'accueil pour exploiter ces deux aspects (algorithme E3S ; Allies et al., 2018). Les produits d'évapotranspiration délivrés par cet algorithme sont d'un grand intérêt pour des études à caractère écohydrologique et hydrogéologique. Toutefois, ils restent actuellement limités à : i) la résolution kilométrique native des produits MODIS de la NASA, pouvant s'avérer trop grossière en pour des études aux fines échelles ; ii) une application à quelques zones tests d'emprise régionale faible (104 km²) ; iii) des chroniques courtes, de quelques années (4-5 ans), ne permettant pas d'appréhender les évolutions en tendance de l'évapotranspiration en réponse à d'éventuels changements d'occupation des sols et à une variabilité climatique d'origine naturelle ou induite par les changements climatiques. La thèse aura donc comme ambition de faire avancer conjointement ces fronts de science. Premièrement, il s'agira de proposer des avancées méthodologiques afin de généraliser la chaine de traitement, en vue d'un déploiement massif à échelle régionale (e.g. pré-filtrage automatique des images sources, apports et tests de combinaisons multispectrales et d'indices de végétation). Deuxièmement, le but sera d'étudier les facteurs régissant les tendances d'évolution long terme de l'évapotranspiration, en lien avec les changements climatiques et anthropiques, en profitant de l'apport des longues séries de données satellites désormais disponibles. Ces tendances seront établies sur plusieurs sous-zones régionales en milieux semi-arides, de manière prioritaire sur les zones d'études sahéliennes de l'équipe d'accueil au Sahel (Sénégal, Niger, Mali), mais aussi sur des sites partenaires en Tunisie, Bolivie, Madagascar, Inde et Australie avec lesquels l'équipe d'accueil collabore.

De nombreux produits d'évapotranspiration par satellite ont été développés depuis la fin des années 1990 (ref). Néanmoins, les études récentes comparant ces produits en région semi-aride (Weerasinghe et al., 2020, Etchanchu et al., 2025) ont montré qu'une grande disparité existe dans les produits actuellement distribués à échelle régionale/globale. Ainsi, les produits les plus performants localement sont également ceux présentant la résolution la plus faible, limitant leur usage pour de nombreuses applications à plus fine échelle, tels que le suivi des cultures ou la gestion des ressources en eau sur de petits bassins versants. A l'inverse, les produits les mieux résolus s'avèrent moins performants en regard des observations in-situ. Afin de pallier à ce manque, une méthode dédiée aux zones semi-arides a été développée, la méthode E3S (Thèse d'Aubin Allies, ED GAIA, 2018). Cette approche repose sur l'exploitation de données de télédétection dans plusieurs domaines spectraux, en particulier le visible et l'infrarouge thermique. Elle a fait ses preuves en contexte sahélien (Allies et al., 2020 ; Farhani et al., 2025) sur l'apport de données MODIS fournies par la NASA. Toutefois, ces applications restent soumises aux aléas de la mesure satellite (i.e. qualité des images, couvert nuageux, angle de visée trop grand) et sont limitées dans le temps. Elles concernent de plus un nombre limité de sites en Afrique de l'Ouest, d'une étendue de l'ordre de 104 km². Par ailleurs, afin de combler les lacunes entre les acquisitions claires, des méthodes de fusion de données ont été proposées (Allies et al., 2022) et évaluées sur ces mêmes sites. La génération de ces produits sur de plus grandes échelles, à la fois spatiales et temporelles, permettrait d'une part d'évaluer plus largement la robustesse de l'approche et, d'autre part, d'étudier les processus régissant l'évolution long terme de l'évapotranspiration à échelle régionale.
Au vu de leurs atouts pour l'opérationnel, ces méthodes ont de plus été sélectionnées comme base pour le développement en cours des produits d'évapotranspiration de la future mission spatiale à haute résolution TRISHNA (CNES/ISRO, lancement prévu fin 2028). L'équipe d'accueil étant fortement impliquée dans cette mission, les travaux de la thèse trouveront un écho direct dans l'élaboration des futurs produits de TRISHNA et tout en profitant des avancées opérationnelles menées en parallèle dans le cadre de cette mission.

L'objectif principal de la thèse sera d'améliorer la connaissance des bilans d'eau en milieux semi-arides, notamment sur les zones privilégiées de l'équipe d'accueil en région sahélienne (Sénégal et Niger). Le travail visera pour cela à améliorer les algorithmes d'estimation des flux d'évapotranspiration, exploitant l'imagerie satellite acquise dans plusieurs domaines spectraux. Cette variable présente en-effet un intérêt scientifique majeur pour traduire l'état hydrique des plantes, dans des régions semi-arides où la ressource en eau reste fortement limitée et contrainte. L'ambition finale est de délivrer des produits régionaux qui serviront de nouvelles références en milieux semi-arides aux produits globaux et aux modèles de surface qui sont développées par d'autres groupes de recherche à l'international. La génération de ces produits sur une grande profondeur temporelle permettra ensuite d'étudier les tendances long-terme de l'évapotranspiration, en lien avec l'évolution climatique et des paysages.

Les travaux de la thèse se baseront sur l'usage du modèle E3S pour générer des chroniques d'évapotranspiration long-terme sur de grandes étendues. Il s'agira donc dans un premier temps de généraliser les chaînes de traitement actuellement en place en automatisant un maximum d'étapes. Les méthodes d'interpolation entre les acquisitions satellite claires, indispensables pour la génération de séries temporelles continues seront elles aussi à généraliser. Une fois les chroniques générées, une palette de méthodes d'analyses statistiques sera déployée afin d'étudier les relations entre la répartition spatiale et temporelle de l'évapotranspiration et celles de différents facteurs potentiels régissant cette dernière.