- Toulouse - 31
- CDD
- Doctorat.Gouv.Fr
📑 Missions du poste
Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace Laboratoire de recherche : CESBIO - Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère Direction de la thèse : Sylvain FERRANT ORCID 0000000234782624 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 Face à l'augmentation de la rareté de l'eau et de la variabilité climatique, le stockage artificiel de l'eau se développe rapidement à travers le monde. Des petites retenues collinaires interceptant le ruissellement aux bassins d'irrigation alimentés par les rivières ou les eaux souterraines, ces infrastructures permettent de sécuriser la ressource mais créent également de nouvelles surfaces en eau libre soumises à l'évaporation. À l'échelle de milliers de retenues, ces pertes peuvent représenter une composante importante du bilan hydrique et réduire le bénéfice réel du stockage. Des travaux récents ont montré l'importance potentielle de ce « coût évaporatif », notamment pour les très nombreuses petites retenues agricoles, mais les estimations régionales reposent encore largement sur des modèles et des hypothèses simplificatrices concernant leur profondeur, leur état de remplissage ou leur température.
Cette thèse vise à déterminer dans quelle mesure l'évaporation des petites retenues artificielles peut être mesurée, modélisée et suivie depuis l'espace, en tenant compte de leur dynamique hydrologique et thermique réelle. Une attention particulière sera portée à la température de l'eau et au stockage de chaleur, qui contrôlent les échanges d'énergie avec l'atmosphère mais restent mal connus pour des retenues peu profondes soumises à des cycles rapides de remplissage et de vidange.
La démarche reposera sur une approche multi-échelle combinant mesures in situ, télédétection et modélisation. Les mesures d'évaporation par covariance des turbulences acquises sur une retenue lors de l'expérience LIAISE/HILIAISE en Espagne constitueront une référence pour tester différents modèles d'évaporation et de bilan énergétique. De nouvelles observations pourront compléter ce dispositif, notamment par scintillométrie. Les observations thermiques de Landsat et de la future mission franco-indienne TRISHNA seront évaluées pour suivre la température de surface de l'eau et contraindre la représentation de la dynamique thermique des retenues. Différents niveaux de complexité de modélisation seront comparés, depuis des formulations empiriques ou de bilan d'énergie jusqu'à des modèles thermiques unidimensionnels tels que FLake.
Le changement d'échelle reposera sur la combinaison de ces observations thermiques avec le suivi des surfaces en eau par Sentinel-1 et Sentinel-2 et, lorsque cela est possible, des variations de niveau, de profondeur et de volume obtenues par SWOT, ICESat-2, imagerie à très haute résolution ou données de terrain. Plusieurs ensembles de retenues agricoles déjà documentés par les équipes de l'axe scientifique transverse «hydrologie spatiale» de l'OMP seront mobilisés dans des contextes contrastés, notamment au Maroc, en Inde, au Brésil, au Niger et dans le sud-ouest de la France.
La thèse cherchera ainsi à établir dans quelles conditions une approche contrainte par les observations peut être transférée de quelques retenues instrumentées à des populations de centaines ou de milliers de plans d'eau. Elle fournira les bases méthodologiques nécessaires pour quantifier le coût évaporatif du stockage artificiel de l'eau et, à terme, mieux évaluer son efficacité hydrologique dans un contexte de raréfaction croissante de la ressource. Artificial reservoirs represent a growing fraction of continental open-water surfaces, yet their evaporation remains poorly quantified, particularly for the vast population of small agricultural reservoirs. Global estimates already indicate that reservoirs can contribute disproportionately to open-water evaporation. Zhao et al. (2022), for instance, estimated that 6,715 reservoirs accounted for 16% of evaporation from 1.42 million studied water bodies while representing only 10% of their total surface area. However, their assessment excluded water bodies smaller than 10 ha.
This knowledge gap is particularly relevant for agriculture. In Morocco, Le Page et al. (2025) recently documented the rapid proliferation of small irrigation ponds associated with groundwater exploitation. Aminzadeh et al. (2025) mapped more than 133,000 small agricultural reservoirs across the MENA region and demonstrated that their cumulative evaporation could represent a substantial regional flux. However, such estimates necessarily rely on simplifying assumptions regarding reservoir depth, filling state and water temperature.
A major uncertainty concerns water temperature and heat storage. These variables control energy and vapour exchanges with the atmosphere and depend on reservoir depth and filling/drawdown dynamics. These processes remain poorly observed for small, shallow agricultural reservoirs undergoing rapid variations in water volume.
The scientific challenge is therefore no longer only to estimate regional potential evaporation, but to determine whether the actual evaporation of these reservoirs can be constrained by observations and represented across spatial and temporal scales. The main objective of the PhD is to determine to what extent evaporation from small artificial reservoirs can be measured, modelled and monitored from space, and ultimately quantified across populations of hundreds or thousands of reservoirs.
The PhD will successively aim to: (1) measure and characterize evaporation at instrumented reservoirs; (2) reproduce its temporal dynamics and understand the role of water temperature, depth and heat storage; (3) determine to what extent these thermal and hydrological controls can be observed from space; and (4) transfer approaches developed at instrumented sites to regional populations of small reservoirs.
The ultimate objective is to establish the methodological basis required to quantify the evaporative cost of artificial water storage and assess its actual hydrological efficiency. The PhD will develop a multi-scale approach combining in situ measurements, Earth observation and modelling, with a particular emphasis on establishing new observations over small agricultural reservoirs.
At the local scale, existing eddy-covariance measurements acquired from a floating platform during the LIAISE/HILIAISE experiment in Spain will provide a first reference dataset for directly evaluating open-water evaporation and energy-balance models. Building on this experience, a central methodological objective of the PhD will be to develop dedicated in situ experiments over small agricultural reservoirs, combining eddy covariance where technically feasible with optical scintillometry, radiation and meteorological measurements, and continuous monitoring of water temperature and water level. Scintillometry will be particularly valuable as it provides path-integrated measurements of turbulent exchanges over several hundred metres, thereby bridging the spatial gap between the footprint of local eddy-covariance measurements and satellite observations of entire reservoirs.
The CESBIO-UM6P partnership in Morocco provides a particularly favourable framework for developing such an experimental site. CESBIO has a long history of field experiments on water resources, irrigation and land-atmosphere exchanges in Morocco, including eddy-covariance measurements, while Hamza Ouatiki is already working on the monitoring and modelling of evaporation from large Moroccan reservoirs. The PhD would extend this collaboration towards the rapidly growing population of small agricultural irrigation ponds, for which evaporation and thermal dynamics remain largely undocumented. The availability of scintillometers at CESBIO and CNRM/OMP, together with expertise in turbulent-flux measurements, could enable the deployment of an original experimental configuration combining eddy covariance and/or scintillometry with water-temperature profiles, radiation, meteorological forcing and reservoir water-level monitoring.
These observations would allow evaporation to be investigated together with the actual filling and drawdown dynamics of agricultural reservoirs. This is particularly important for off-stream ponds supplied by groundwater or diverted surface water, where rapid filling with water whose temperature differs from atmospheric equilibrium may strongly affect heat storage, surface temperature and subsequent evaporation.
Field observations will then be combined with water-surface temperature retrieved from Landsat and the forthcoming TRISHNA mission. Different levels of modelling complexity will be evaluated, ranging from empirical and surface-energy-balance approaches to one-dimensional thermal models such as FLake, in order to determine how reservoir depth, heat storage and filling/drawdown cycles control evaporation.
Scaling up will combine these thermal observations with water extent derived from Sentinel-1 and Sentinel-2 and, where available, water-level, bathymetry and storage information from SWOT, ICESat-2, very-high-resolution imagery and field observations. Existing datasets in India, Brazil, Niger and southwestern France will provide contrasting climatic and hydrological conditions for testing the transferability of the methods.
Cette thèse vise à déterminer dans quelle mesure l'évaporation des petites retenues artificielles peut être mesurée, modélisée et suivie depuis l'espace, en tenant compte de leur dynamique hydrologique et thermique réelle. Une attention particulière sera portée à la température de l'eau et au stockage de chaleur, qui contrôlent les échanges d'énergie avec l'atmosphère mais restent mal connus pour des retenues peu profondes soumises à des cycles rapides de remplissage et de vidange.
La démarche reposera sur une approche multi-échelle combinant mesures in situ, télédétection et modélisation. Les mesures d'évaporation par covariance des turbulences acquises sur une retenue lors de l'expérience LIAISE/HILIAISE en Espagne constitueront une référence pour tester différents modèles d'évaporation et de bilan énergétique. De nouvelles observations pourront compléter ce dispositif, notamment par scintillométrie. Les observations thermiques de Landsat et de la future mission franco-indienne TRISHNA seront évaluées pour suivre la température de surface de l'eau et contraindre la représentation de la dynamique thermique des retenues. Différents niveaux de complexité de modélisation seront comparés, depuis des formulations empiriques ou de bilan d'énergie jusqu'à des modèles thermiques unidimensionnels tels que FLake.
Le changement d'échelle reposera sur la combinaison de ces observations thermiques avec le suivi des surfaces en eau par Sentinel-1 et Sentinel-2 et, lorsque cela est possible, des variations de niveau, de profondeur et de volume obtenues par SWOT, ICESat-2, imagerie à très haute résolution ou données de terrain. Plusieurs ensembles de retenues agricoles déjà documentés par les équipes de l'axe scientifique transverse «hydrologie spatiale» de l'OMP seront mobilisés dans des contextes contrastés, notamment au Maroc, en Inde, au Brésil, au Niger et dans le sud-ouest de la France.
La thèse cherchera ainsi à établir dans quelles conditions une approche contrainte par les observations peut être transférée de quelques retenues instrumentées à des populations de centaines ou de milliers de plans d'eau. Elle fournira les bases méthodologiques nécessaires pour quantifier le coût évaporatif du stockage artificiel de l'eau et, à terme, mieux évaluer son efficacité hydrologique dans un contexte de raréfaction croissante de la ressource. Artificial reservoirs represent a growing fraction of continental open-water surfaces, yet their evaporation remains poorly quantified, particularly for the vast population of small agricultural reservoirs. Global estimates already indicate that reservoirs can contribute disproportionately to open-water evaporation. Zhao et al. (2022), for instance, estimated that 6,715 reservoirs accounted for 16% of evaporation from 1.42 million studied water bodies while representing only 10% of their total surface area. However, their assessment excluded water bodies smaller than 10 ha.
This knowledge gap is particularly relevant for agriculture. In Morocco, Le Page et al. (2025) recently documented the rapid proliferation of small irrigation ponds associated with groundwater exploitation. Aminzadeh et al. (2025) mapped more than 133,000 small agricultural reservoirs across the MENA region and demonstrated that their cumulative evaporation could represent a substantial regional flux. However, such estimates necessarily rely on simplifying assumptions regarding reservoir depth, filling state and water temperature.
A major uncertainty concerns water temperature and heat storage. These variables control energy and vapour exchanges with the atmosphere and depend on reservoir depth and filling/drawdown dynamics. These processes remain poorly observed for small, shallow agricultural reservoirs undergoing rapid variations in water volume.
The scientific challenge is therefore no longer only to estimate regional potential evaporation, but to determine whether the actual evaporation of these reservoirs can be constrained by observations and represented across spatial and temporal scales. The main objective of the PhD is to determine to what extent evaporation from small artificial reservoirs can be measured, modelled and monitored from space, and ultimately quantified across populations of hundreds or thousands of reservoirs.
The PhD will successively aim to: (1) measure and characterize evaporation at instrumented reservoirs; (2) reproduce its temporal dynamics and understand the role of water temperature, depth and heat storage; (3) determine to what extent these thermal and hydrological controls can be observed from space; and (4) transfer approaches developed at instrumented sites to regional populations of small reservoirs.
The ultimate objective is to establish the methodological basis required to quantify the evaporative cost of artificial water storage and assess its actual hydrological efficiency. The PhD will develop a multi-scale approach combining in situ measurements, Earth observation and modelling, with a particular emphasis on establishing new observations over small agricultural reservoirs.
At the local scale, existing eddy-covariance measurements acquired from a floating platform during the LIAISE/HILIAISE experiment in Spain will provide a first reference dataset for directly evaluating open-water evaporation and energy-balance models. Building on this experience, a central methodological objective of the PhD will be to develop dedicated in situ experiments over small agricultural reservoirs, combining eddy covariance where technically feasible with optical scintillometry, radiation and meteorological measurements, and continuous monitoring of water temperature and water level. Scintillometry will be particularly valuable as it provides path-integrated measurements of turbulent exchanges over several hundred metres, thereby bridging the spatial gap between the footprint of local eddy-covariance measurements and satellite observations of entire reservoirs.
The CESBIO-UM6P partnership in Morocco provides a particularly favourable framework for developing such an experimental site. CESBIO has a long history of field experiments on water resources, irrigation and land-atmosphere exchanges in Morocco, including eddy-covariance measurements, while Hamza Ouatiki is already working on the monitoring and modelling of evaporation from large Moroccan reservoirs. The PhD would extend this collaboration towards the rapidly growing population of small agricultural irrigation ponds, for which evaporation and thermal dynamics remain largely undocumented. The availability of scintillometers at CESBIO and CNRM/OMP, together with expertise in turbulent-flux measurements, could enable the deployment of an original experimental configuration combining eddy covariance and/or scintillometry with water-temperature profiles, radiation, meteorological forcing and reservoir water-level monitoring.
These observations would allow evaporation to be investigated together with the actual filling and drawdown dynamics of agricultural reservoirs. This is particularly important for off-stream ponds supplied by groundwater or diverted surface water, where rapid filling with water whose temperature differs from atmospheric equilibrium may strongly affect heat storage, surface temperature and subsequent evaporation.
Field observations will then be combined with water-surface temperature retrieved from Landsat and the forthcoming TRISHNA mission. Different levels of modelling complexity will be evaluated, ranging from empirical and surface-energy-balance approaches to one-dimensional thermal models such as FLake, in order to determine how reservoir depth, heat storage and filling/drawdown cycles control evaporation.
Scaling up will combine these thermal observations with water extent derived from Sentinel-1 and Sentinel-2 and, where available, water-level, bathymetry and storage information from SWOT, ICESat-2, very-high-resolution imagery and field observations. Existing datasets in India, Brazil, Niger and southwestern France will provide contrasting climatic and hydrological conditions for testing the transferability of the methods.
👤 Profil recherché
Le/la candidat(e) devra être titulaire d'un Master 2 ou diplôme équivalent obtenu à l'étranger, dans les domaines de l'hydrologie, des sciences de l'environnement, de la physique, de l'énergétique, de l'agrométéorologie ou de la télédétection. Conformément aux règles de mobilité du programme BEST, il/elle devra satisfaire aux conditions d'éligibilité relatives à la durée de séjour ou d'activité antérieure en France au cours des 36 mois précédant le recrutement.
Une bonne compréhension du cycle de l'eau, des bilans d'énergie et des échanges surface-atmosphère est recherchée. Une expérience en télédétection, notamment dans l'utilisation de données optiques ou thermiques (Landsat, Sentinel, etc.), ainsi que des compétences en traitement de données et programmation scientifique (Python, R ou équivalent) seront particulièrement appréciées.
Une expérience préalable en mesures hydrométéorologiques, eddy covariance, scintillométrie, modélisation de l'évaporation ou télédétection thermique constituera un atout, sans être indispensable. Le projet comportant une composante expérimentale importante, le/la candidat(e) devra avoir un intérêt marqué pour le travail de terrain et l'instrumentation, parallèlement au traitement de données satellitaires et à la modélisation.
Une bonne maîtrise de l'anglais scientifique est nécessaire. Le projet étant fortement international (notamment Maroc et Inde), une aptitude au travail en équipe dans un environnement multiculturel et une disponibilité pour des missions de terrain et séjours auprès des partenaires internationaux sont également attendues.
Application link : https://edd-projets.utoulouse.fr/
Une bonne compréhension du cycle de l'eau, des bilans d'énergie et des échanges surface-atmosphère est recherchée. Une expérience en télédétection, notamment dans l'utilisation de données optiques ou thermiques (Landsat, Sentinel, etc.), ainsi que des compétences en traitement de données et programmation scientifique (Python, R ou équivalent) seront particulièrement appréciées.
Une expérience préalable en mesures hydrométéorologiques, eddy covariance, scintillométrie, modélisation de l'évaporation ou télédétection thermique constituera un atout, sans être indispensable. Le projet comportant une composante expérimentale importante, le/la candidat(e) devra avoir un intérêt marqué pour le travail de terrain et l'instrumentation, parallèlement au traitement de données satellitaires et à la modélisation.
Une bonne maîtrise de l'anglais scientifique est nécessaire. Le projet étant fortement international (notamment Maroc et Inde), une aptitude au travail en équipe dans un environnement multiculturel et une disponibilité pour des missions de terrain et séjours auprès des partenaires internationaux sont également attendues.
Application link : https://edd-projets.utoulouse.fr/