Mesurer le débit des fleuves à l’échelle mondiale grâce aux données SWOT

Mesurer le débit des fleuves est un enjeu central pour la compréhension du cycle de l’eau, la gestion des ressources et l’anticipation des risques hydrologiques.

La mission spatiale SWOT, développée conjointement par le CNES et la NASA, , avec des contributions de l’Agence spatiale canadienne (CSA) et de l’Agence spatiale du Royaume-Uni (UKSA), permet désormais d’estimer le débit des fleuves dans le monde, à chacun des passages du satellite. Cette capacité repose sur l’instrument KaRIn et sur des algorithmes innovants, capables de produire des observations hydrologiques globales.

Un produit d’estimation fondé sur des modèles hydrauliques

L’estimation du débit d’un fleuve constitue un véritable défi scientifique. Celui-ci dépend de manière complexe et non linéaire de nombreux paramètres : hauteur, largeur, pente, mais aussi caractéristiques physiques et géomorphologiques du lit de la rivière et dynamique locale de l’écoulement.

Grâce à son interféromètre KaRIn, SWOT est le premier satellite capable de mesurer simultanément la hauteur d’eau, la largeur et la pente des rivières simultanément. La conversion de ces observations en débits exprimés en mètres cubes par seconde repose toutefois sur un traitement scientifique avancé.

Pour répondre à cette complexité, l’équipe scientifique de la mission, notamment le Discharge Algorithm Working Group (DAWG), a développé des approches spécifiques d’estimation du débit sur des tronçons de cours d’eau. Ces méthodes s’appuient entre autre sur des modèles hydrauliques et des approches mathématiques d’optimisation et aboutissent à la production du produit officiel d’estimation des débits de la mission.

Une plateforme de calcul dédiée, baptisée « Confluence », permet de déployer ces approches à l’échelle globale et d’estimer les paramètres nécessaires au calcul du produit débit SWOT. Celui-ci offre une densité spatiale sans précédent pour l’étude des caractéristiques des débits des fleuves.

La qualité des estimations dépend néanmoins de plusieurs facteurs : précision des moyennes locales issues de modèles hydrologiques globaux, incertitudes d’observation, ou encore caractéristiques propres aux rivières étudiées. Les travaux de recherche se poursuivent afin d’améliorer les méthodes de traitement des données et les algorithmes d’estimation.

Un cas d’usage central : mieux caractériser les régimes hydrologiques

Les données de débit issues de SWOT constituent un apport majeur pour la caractérisation des régimes hydrologiques des cours d’eau. Elles permettent notamment :

• d’améliorer la compréhension des échanges entre les fleuves et leurs plaines inondables,
• de caractériser les dynamiques saisonnières et leur évolution dans les basins,
• d’identifier les pressions liées aux usages anthropiques de l’eau,
• d’analyser les flux sédimentaires.

Ces observations offrent aux scientifiques et aux gestionnaires de l’eau des éléments concrets pour identifier et prioriser les zones nécessitant des actions de gestion, dans un contexte marqué par des épisodes de sécheresse plus fréquents et des besoins croissants en eau.

Agriculture et inondations : deux usages directement concernés

Parmi les secteurs fortement dépendants de l’eau douce, l’agriculture occupe une place centrale. À l’échelle mondiale, selon un étude WWF, une part significative de la production alimentaire dépend directement des rivières. Les données de débit des fleuves issues de SWOT constituent ainsi un levier important pour mieux appréhender les disponibilités en eau et les pressions associées aux périodes de sécheresse.

Ces données présentent également un intérêt majeur pour la prévision et l’analyse des inondations. En fournissant une cartographie des débits moyens des fleuves à l’échelle mondiale, SWOT permet d’observer les variations saisonnières marquées, notamment lors des épisodes de mousson, passage des cyclones, fente de neige, etc., et de mieux comprendre la réponse des fleuves aux fortes précipitations.

Accès aux données de débit des fleuves SWOT

Pour assurer une diffusion à l’échelle globale, le CNES et la NASA exploitent deux plateformes dédiées :

• Hydroweb.next est le portail d’accès aux données hydrologiques spatiales au sein de l’infrastructure de recherche DataTerra / THEIA, lancé fin 2023.

• PO.DAAC est le centre de données du NASA EOSDIS, opéré par le JPL. Il distribue les mesures de la topographie de la surface de mer, de température des océans, les vents océaniques, la salinité et la gravité.

Sources

• Actualité sur cnes.fr : Le satellite SWOT (CNES-NASA) dévoile le débit des fleuves à l’échelle mondiale
• Communiqué de presse sur cnes.fr : SWOT dresse la première carte mondiale du débit des rivières vue depuis l’espace
• Actualité du pôle THEIA (Data Terra) : SWOT : Comprendre nos Fleuves, Lacs et Plaines Inondables
• Article de revue scientifique : Andreadis, K. M., Coss, S. P., Durand, M., Gleason, C. J., Simmons, T. T., Tebaldi, N., et al. (2025). A First look at river discharge estimation from SWOT satellite observations. Geophysical Research Letters, 52, e2024GL114185. https://doi.org/10.1029/2024GL114185