Contribution de l'altimétrie satellitaire à l'étude de la variabilité du niveau d'eau du Delta intérieur du fleuve Niger

L'altimétrie radar a été initialement développée pour contribuer à l'étude de la dynamique des eaux océaniques. Elle a permis d'avoir des résultats significatifs sur les océans, en particulier à cause de leur vaste étendue et de leur homogénéité. Les succès obtenus sur les océans ont poussé plusieurs chercheurs à investiguer l'utilisation de l'altimétrie satellitaire pour la caractérisation des eaux et des surfaces continentales. Jusque-là, des résultats encourageants ont été rapportés par certaines études sur l'hydrologie des mers intérieures, des grands lacs et fleuves et des zones inondables. Dans cette thèse, nous évaluons l'apport de l'altimétrie satellitaire dans l'analyse des variations des niveaux d'eau dans le Delta Intérieur du fleuve Niger au Mali, en Afrique de l'Ouest. Classé parmi les sites de la Convention Ramsar sur les zones humides, le Delta intérieur joue un rôle de premier plan pour le Mali et l'ensemble de la sous-région, à la fois aux niveaux socio-économique et environnemental. Le Delta est caractérisé par une période de crue, pendant laquelle une superficie de plus de 20 000 km2 de terre reste inondée. L'eau se retire complètement pendant la période de décrue. Cette dynamique crue-décrue conditionne pratiquement l'ensemble des activités humaines dans la région et influence significativement les processus écologiques. D'où l'intérêt scientifique de mieux la comprendre. Cet intérêt est aussi justifié par la fragilité du Delta face aux changements climatiques et à la désertification. Les données d'altimétrie considérées dans l'étude proviennent des satellites Topex/Poseidon (1992-2005) et Envisat (2002-2009). Les données ont été corrigées des effets environnementaux. Afin de pouvoir élaborer des séries temporelles incluant les données provenant des deux satellites, nous avons analysé leur période de chevauchement (2002-2005). Cette analyse a révélé une bonne corrélation entre les deux séries de mesures (R[indice supérieur 2] = 0,76), et un biais systématique d'environ 89 cm. Les mesures Envisat ont alors été corrigées pour les ramener au même niveau que Topex/Poseidon, permettant ainsi de produire des séries temporelles sur 17 ans (1992-2009). Suite à cette analyse, nous proposons un algorithme de retraitement de forme d'onde qui intègre le coefficient de rétrodiffusion à l'échelle du temps de pénétration de l'onde dans un milieu en présence de végétation. L'idée ici c'est de tenir compte de l'hétérogénéité d'un milieu comme le Delta, qui peut être couvert de végétation. Pour cela, nous introduisons dans l'équation de la forme d'onde, le coefficient de rétrodiffusion estimé à partir du modèle dit des nuages d'eau, pour créer un nouvel algorithme appelé algorithme des nuages d'eau. Cet algorithme a été appliqué sur les données Envisat, mais également sur OSTM/Jason-2. Les résultats de l'algorithme ont été validés avec des mesures in situ de la Direction Nationale de l'Hydraulique du Mali et aussi avec des mesures acquises lors d'une campagne de terrain conduite entre août et octobre 2009. Les écarts observés sont généralement faibles ( 0,40) avec les cumuls de précipitations dans les bassins considérés

Contribution de l'altimétrie satellitaire à l'étude de la variabilité du niveau d'eau du Delta intérieur du fleuve Niger

L'altimétrie radar a été initialement développée pour contribuer à l'étude de la dynamique des eaux océaniques. Elle a permis d'avoir des résultats significatifs sur les océans, en particulier à cause de leur vaste étendue et de leur homogénéité. Les succès obtenus sur les océans ont poussé plusieurs chercheurs à investiguer l'utilisation de l'altimétrie satellitaire pour la caractérisation des eaux et des surfaces continentales. Jusque-là, des résultats encourageants ont été rapportés par certaines études sur l'hydrologie des mers intérieures, des grands lacs et fleuves et des zones inondables. Dans cette thèse, nous évaluons l'apport de l'altimétrie satellitaire dans l'analyse des variations des niveaux d'eau dans le Delta Intérieur du fleuve Niger au Mali, en Afrique de l'Ouest. Classé parmi les sites de la Convention Ramsar sur les zones humides, le Delta intérieur joue un rôle de premier plan pour le Mali et l'ensemble de la sous-région, à la fois aux niveaux socio-économique et environnemental. Le Delta est caractérisé par une période de crue, pendant laquelle une superficie de plus de 20 000 km2 de terre reste inondée. L'eau se retire complètement pendant la période de décrue. Cette dynamique crue-décrue conditionne pratiquement l'ensemble des activités humaines dans la région et influence significativement les processus écologiques. D'où l'intérêt scientifique de mieux la comprendre. Cet intérêt est aussi justifié par la fragilité du Delta face aux changements climatiques et à la désertification. Les données d'altimétrie considérées dans l'étude proviennent des satellites Topex/Poseidon (1992-2005) et Envisat (2002-2009). Les données ont été corrigées des effets environnementaux. Afin de pouvoir élaborer des séries temporelles incluant les données provenant des deux satellites, nous avons analysé leur période de chevauchement (2002-2005). Cette analyse a révélé une bonne corrélation entre les deux séries de mesures (R[indice supérieur 2] = 0,76), et un biais systématique d'environ 89 cm. Les mesures Envisat ont alors été corrigées pour les ramener au même niveau que Topex/Poseidon, permettant ainsi de produire des séries temporelles sur 17 ans (1992-2009). Suite à cette analyse, nous proposons un algorithme de retraitement de forme d'onde qui intègre le coefficient de rétrodiffusion à l'échelle du temps de pénétration de l'onde dans un milieu en présence de végétation. L'idée ici c'est de tenir compte de l'hétérogénéité d'un milieu comme le Delta, qui peut être couvert de végétation. Pour cela, nous introduisons dans l'équation de la forme d'onde, le coefficient de rétrodiffusion estimé à partir du modèle dit des nuages d'eau, pour créer un nouvel algorithme appelé algorithme des nuages d'eau. Cet algorithme a été appliqué sur les données Envisat, mais également sur OSTM/Jason-2. Les résultats de l'algorithme ont été validés avec des mesures in situ de la Direction Nationale de l'Hydraulique du Mali et aussi avec des mesures acquises lors d'une campagne de terrain conduite entre août et octobre 2009. Les écarts observés sont généralement faibles ( 0,40) avec les cumuls de précipitations dans les bassins considérés

Validation of the altimetry-based water levels from Sentinel-3A and B in the Inner Niger Delta

International audienceThe comprehension of water level fluctuations and the sustainability of the Inner Niger River Delta (IND) is a major concern for the scientific community, but also for the local population. Located in the centre of Mali, the heart of the Sahel, the delta is characterised by a floodable area of more than 32 000 km2 during the rainy season, which contributes very strongly to the vitality of local ecosystem, and is consequently classified as a Ramsar site under the international Convention for Wetlands. In addition, the Delta acts as an environmental and socio-economic development barometer for the entire sub-region. Nowadays, we can observe an increasing fragility of the delta due to climate change, desertification and human activities, and justifies the need for permanent monitoring. The present study is based on the recent successes of radar altimetry, originally designed to monitor the dynamics topography of the ocean, and now very frequently used to retrieve inland water levels, of lakes, rivers, and wetlands. Previous studies evaluated the performances of several radar altimetry missions including Low Resolution Mode (LRM) (Topex-Poseidon, Jason-1/2/3, ERS-2, ENVISAT, and SARAL, and Synthetic Aperture Radar (SAR) Sentinel-3A missions for water level retrievals over 1992-2017. More than 50 times series of water levels were build at the crossing between water bodies and Sentinel-3A and 3B over 2016-2020. Twenty-four comparisons between in-situ and altimetry-based time-series of water levels were achieved over the IND. RMSE generally lower than 0.7 m and r higher than 0.9 were obtained

Evolution of the Performances of Radar Altimetry Missions from ERS-2 to Sentinel-3A over the Inner Niger Delta

Radar altimetry provides unique information on water stages of inland hydro-systems. In this study, the performance of seven altimetry missions, among the most commonly used in land hydrology (i.e., European Remote-Sensing Satellite-2 (ERS-2), ENVIronment SATellite (ENVISAT), Satellite with Argos and ALtika (SARAL), Jason-1, Jason-2, Jason-3 and Sentinel-3A), are assessed using records from a dense in situ network composed of 19 gauge stations in the Inner Niger Delta (IND) from 1995 to 2017. Results show an overall very good agreement between altimetry-based and in situ water levels with correlation coefficient (R) greater than 0.8 in 80% of the cases and Root Mean Square Error (RMSE) lower than 0.4 m in 48% of cases. Better agreement is found for the recently launched missions such as SARAL, Jason-3 and Sentinel-3A than for former missions, indicating the advance of the use of the Ka-band for SARAL and of the Synthetic-aperture Radar (SAR) mode for Sentinel-3A. Cross-correlation analysis performed between water levels from the same altimetry mission leads to time-lags between the upstream and the downstream part of the Inner Niger Delta of around two months that can be related to the time residence of water in the drainage area

Quantification of surface water extent and volume in the Inner Niger Delta (IND) over 2000–2022 using multispectral imagery and radar altimetry

International audienceSpatio-temporal dynamics of surface water reservoirs at regional and global scales remain poorly understood. Using satellite remote sensing provides a unique opportunity to address this problem. This study aims to (1) quantify the extent and volume of surface water and (2) compare our approach with other datasets. We utilized MODIS-based spectral indices to monitor temporal variations in inundation extent. By interpolating water levels across the surface water extent, we generated water level maps and quantified surface water volume from 2000 to 2022. Evaluation against ICESat-2 data involved 64 comparisons, with approximately 58% showing an R 2 value greater than or equal to 0.5, and 38% were higher than or equal to 0.7. Compared to the flooding model, our method aligns more closely with ICESat-2 data, contrary to the flooding model which tends to overestimate water levels and, consequently, water storage