Logo de la Marianne

Surfwater

Surfwater est un produit de surface en eau réalisé et fourni par le CNES sur la France métropolitaine à partir des acquisitions Sentinel-1 (radar) et Sentinel-2 (optique), à 10 m x 10 m de résolution spatiale. Le produit de démonstration est disponible aux échelles mensuelle et annuelle, et le futur produit sera fourni à l’échelle journalière, au fil de l’eau des observations Sentinel.

Le produit

Afin d’accompagner, de calibrer et de valider la future mission SWOT (NASA/CNES), le CNES a développé une chaîne de détection des surfaces en eau nommée Surfwater, basée sur les mesures des satellites Sentinel-1 (radar) et Sentinel-2 (optique) du programme européen d’observation de la Terre Copernicus. Surfwater indique la présence ou l’absence d’eau libre sur les surfaces continentales. Les cartes sont produites tous les cinq jours en l’absence de nuages pour les observations optiques, et tous les trois à six jours pour les observations radar.

Des synthèses mensuelles et annuelles sont aussi proposées pour des études saisonnières et climatiques dans ce produit de démonstration.

surfwater examples
Figure 1. Synthèse annuelle Surfwater de 2019 sur Tonneins (gauche) et un lac en Occitanie (droite) sur fond ESRI Satellite. Les zones en bleu représentent les eaux permanentes, celles en rouge représentent de faibles occurrences d’eau (typiquement les inondations).

 

Méthodologie / technique

La méthode de détection se base sur un apprentissage Random Forest à partir d’eaux permanentes présentes sur le produit Global Surface Water (https://global-surface-water.appspot.com/map). Surfwater exploite ensuite deux types d’observations satellitaires pour la classification :

  • Les images optiques Sentinel-2 au niveau 2A produites par Theia, ortho rectifiées, exprimées en réflectance de surfaces et accompagnées d’un masque de nuages. Ces observations ont une revisite de 5 jours et sont impactées par la présence de nuages.

  • Les données radar Sentinel-1 diffusées par PEPS avec une revisite de 6 jours, compensée par la possibilité d’acquisition de nuit et en présence de nuages, contrairement à l’optique. Pour des raisons de débit, les observations tous les 6 jours sont limitées à l’Europe et à quelques zones privilégiées (https://sentinels.copernicus.eu/web/sentinel/missions/sentinel-1/observation-scenario). En dehors, les observations ont lieu tous les 12 jours.

Une carte de potentiel d’inondation est utilisée pour délimiter les zones d’exclusion de surfaces en eau afin de limiter de fausses détections. Cette carte est basée sur le MNT MERIT (http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp/~yamadai/MERIT_DEM/) et sur la hauteur relative de chaque zone par rapport à sa ligne de drainage.

Le traitement des données a lieu de manière automatique. Surfwater fournit en sortie les éléments suivants :

  • Masques instantanés d’eau, créés à partir de chaque observation optique ou radar. La présence de nuages sur une image optique se traduit par une absence de valeur (nodata) sur les zones concernées ;

  • Masques combinés d’eau, utilisant les données des 15 derniers jours ;

  • Synthèses mensuelles, représentant le rapport entre le nombre de fois qu’un pixel a été observé en eau et le nombre total d’observations du mois ;

  • Synthèses annuelles, représentant le rapport entre le nombre de fois qu’un pixel a été observé en eau et le nombre total d’observations de l’année.

Les produits annuels et mensuels fournis sont sous la forme d’un fichier raster Geotiff à 10 m de résolution spatiale. Les pixels sont codés de la façon suivante :

  • Entre 0 et 1 : Occurrences de détection d’eau parmi toutes les observations de la période (exemple : 0.34 = 34% de détections d’eau)

  • 255 : Zones non observées

Référence : Peña-Luque, S.; Ferrant, S.; Cordeiro, M.C.R.; Ledauphin, T.; Maxant, J.; Martinez, J.-M. Sentinel-1&2 Multitemporal Water Surface Detection Accuracies, Evaluated at Regional and Reservoirs Level. Remote Sens. 2021, 13, 3279. https://doi.org/10.3390/rs13163279

Usages et précautions

Les usages de Surfwater concernent l’hydrologie continentale (suivi des inondations, surfaces des plans d’eau, etc.). La résolution spatiale de 10 m permet de suivre les grands lacs et fleuves, mais pas les petits plans d’eau ou rivières fines (< 10 m).

De fausses détections sont possibles : ombres de forêts, certaines ombres de vallées en optique, champs agricoles ou aéroports avec le radar.

Modalités d'accès

Les synthèses eau annuelles et mensuelles générées à partir des images optiques Sentinel-2 sont actuellement disponibles librement sur Theia/Thisme pour la France Métropolitaine en 2019 : https://thisme.cines.teledetection.fr/map?f=%7B%22collections%22:%22SurfWater%22,%22__collection%22:%22Water%20Surface%20occurence%20by%20month%20and%20by%20year%22,%22__ep%22:%7B%7D%7D&c=0,0,1.89

La production au fil de l’eau des produits optiques et radar est prévu fin 2022 sur les plateformes hydroweb.next et Thisme.

Pour en savoir plus ...

Mots clés

Thématiques
Contact
logo cnes