XtremQuality

Suivi de la qualité des petites retenues d’eau

Projet Terminé
Le projet s’est achevé en février 2026 avec la mise en ligne de la plateforme XtremQuality de diffusion des résultats du projet. Cofinancé par le SCO et l’Agence Adour Garonne, le projet a mis en œuvre un service inédit, à base de télédétection satellitaire et d’IA, destiné à suivre la qualité des eaux des petites retenues dans la région Sud-Ouest. Il a ainsi permis de développer une chaîne de traitement inédite des données satellites Sentinel-2, de valider ces traitements, de déployer un ensemble d’outils de post-traitement de données pour interpréter les données spatiales en fonction des conditions environnementales et notamment du changement climatique. Le projet donne ainsi accès à des produits haute résolution, pour les utilisateurs experts, ainsi que des séries d’indices sur la trajectoire des masses d’eaux de la région, offrant une vision globale de l’état des masses d’eaux. Le projet se poursuit dans une seconde phase avec l’Agence Adour Garonne sur la région Sud-Ouest et s’étend également au Brésil.

Présentation

Contexte

La création de retenues d’eau est l’une des principales réponses locales pour tenter de réduire l’impact des changements climatiques en stockant une partie du ruissellement durant la période humide afin d’affronter la saison sèche. Ces pratiques sont courantes dans les environnements semi-arides et méditerranéens, habitués à des sécheresses de plusieurs mois, et notamment pour des problématiques agricoles (irrigation et alimentation du bétail). Les retenues peuvent également jouer un rôle essentiel lors d’étiages sévères en maintenant les débits écologiques et en préservant ainsi un rôle de refuge pour la biodiversité des milieux aquatiques.

Ces retenues sont également utilisées dans des régions présentant des aquifères étendus afin d’accroître la recharge des nappes. Les lacs de barrages sont appelés à augmenter dans les régions qui vont souffrir de l’intensification des sécheresses, comme en France, afin de maintenir les différents usages de l’eau durant les étiages. Pourtant, l’installation d’ouvrages hydrauliques, de toutes tailles, rencontre dans le monde des difficultés croissantes d’acceptabilité au sein de la société vis-à-vis de leurs impacts sur le fonctionnement des milieux aquatiques et de la biodiversité qu’ils abritent, appelant à une gestion intégrée de ces ouvrages pour une mitigation de leurs effets négatifs : modification des processus de transferts amont-aval des flux d’eaux, de sédiments, nutriments et polluants.

L’étude des impacts du changement climatique sur le cycle de l’eau est menée en large partie du point de vue de la quantité d’eau disponible pour les écosystèmes et les sociétés. Cependant, il est désormais acquis que la seule question des volumes d’eaux disponibles n’est pas suffisante pour appréhender globalement l’impact du changement climatique. La question de la qualité des eaux disponibles est aussi fondamentale que sa quantité, car ce sont les caractéristiques biophysiques de l’eau qui conditionnent ses usages et le maintien des services écosystémiques des eaux continentales.

Dans ce contexte, il est urgent de mieux caractériser les trajectoires de qualité des eaux des retenues à diverses échelles afin d’anticiper leurs réponses face au changement climatique. Les modifications hydrologiques et thermiques attendues vont contribuer à une dégradation directe de la qualité des eaux induite par l’accélération des évènements extrêmes (crues et étiages) et par un réchauffement global qui va favoriser les processus d’eutrophisation (pollution des écosystèmes aquatiques lorsqu’ils reçoivent trop de nutriments assimilables par les algues et que celles-ci prolifèrent sans contrôle).

Objectif atteint

Mis en œuvre sur le sud-ouest de la France mais transposable, XtremQuality permet d'étudier des dizaines de milliers de lacs artificiels non suivis par les pouvoirs publics et dont l’évolution et l’impact sur les milieux aquatiques sont encore mal connus. Les lacs et réservoirs considérés dans ce projet, à partir de 1 ha, constituent en effet un élément fondamental du cycle des eaux de surface de par leur rôle pour les écosystèmes (maintien des débits écologiques et de la biodiversité, stockage des nutriments, polluants et sédiments) et pour la société (irrigation, récréation etc...). En France, le suivi légal de la qualité des eaux (encadré par la Directive Cadre sur l’Eau -  DCE) ne concerne que 482 lacs et réservoirs supérieurs à 50 ha) sur plus de 100 000 estimés pour tout le territoire français.

👉 Sur la région Sud-Ouest, ce sont près de 3000 lacs qui sont désormais suivis par satellite, augmentant très significativement les capacités de suivi conventionnels limités à une centaine de retenues.

Le service facilite ainsi l'élaboration de politiques pour la gestion durable des ressources en eau, et pour la mise en œuvre des Objectifs de développement durable (ODD), notamment des ODD 6 (eau propre et assainissement) et 15 sur les écosystèmes et la biodiversité.

Méthodologie

Nous proposons ainsi d’étudier une part importante des 99,6 % de lacs actuellement non suivis par les pouvoirs publics afin de fournir des informations inédites sur l’état de ces masses d’eaux face au changement climatique. Ce service est désormais possible grâce à l’arrivée de la constellation Sentinel-2, qui permet d’accéder à des performances inédites en termes de résolutions spatiales (jusqu’à 10 mètres), spectrales (12 bandes) et temporelles (tous les 5 jours). Avec une couverture globale et gratuite, le flux de données Sentinel-2 est sans précèdent et le rend compatible avec un suivi de paramètres robustes de qualité des eaux pour des retenues de petite taille.

Le projet bénéficie en outre de développements méthodologiques récents spécifiques à la qualité des eaux continentales qui permettent d’aborder la création d’un nouveau service dédié aux petits objets hydrologiques.

A partir du suivi de paramètres clés de la qualité des eaux des retenues individuelles, XtremQuality fournit des indicateurs spatialisés d’évolution de ces masses d’eaux en exploitant des techniques de type big data (machine learning, deep learning), afin de classer les retenues dans des grands types de masses d’eaux en fonction de leur évolution à court et moyen terme mais aussi vis-à-vis de leur sensibilité aux évènements critiques, particulièrement lors d’épisodes de sécheresses sévères (Joffre et al. 2026). Une originalité importante du projet consiste ainsi en la production d’indicateurs sur la trajectoire des masses d’eaux qui agrègent des données de modélisation hydrologique, climatiques et socio-économiques.

Site(s) d’application

France, Sud-Ouest (Tarn, Charentes, Tarn-et-Garonne, Garonne et Lot-et-Garonne prioritairement)

Données

Satellite

Sentinel-2

Données in situ 

Les produits satellites sont validés grâce à la base de données de l’Agence Adour Garonne (plus de 500 points de collectes) et aux données collectées sur les lacs de gravière de la Garonne et de l’Ariège  (projet SEE LIFE du CNRS – J.Cucherousset) (Tavares et al. 2025).

Résultats – Produits finaux

En accès libre, le service web XtremQuality est disponible ici : https://xtremquality.magellium.fr/. Il permet à l’utilisateur d’identifier la trajectoire de retenues d’eaux individuelles comme de groupes de retenues.

👉 Ce service apporte trois grandes nouveautés :

1. Avoir accès à des variables descriptives instantanées pour une retenue individuelle ou pour une agrégation de retenues, pour lesquelles dans l’immense majorité des cas, il n’existe aucune information : surface, niveaux de turbidité et de transparence, niveau d’eutrophisation ;
2. Consulter la trajectoire temporelle de cette retenue ou de ces retenues catégorisées en grandes classes définies à partir de l’évolution de toutes les retenues de la région;
3. Identifier leur vulnérabilité aux aléas de sécheresse grâce à des indicateurs prenant en compte leur évolution durant des épisodes climatiques récents.

👉 Le service fournit une vue globale des bassins versants et chaque retenue est traitée comme une station dont les statistiques et indicateurs sont disponibles en un clic. Ce service permet ainsi d’analyser les dépendances spatiales des groupes de retenues et de réaliser une analyse « macro » de l’évolution de retenues individuelles ou d’un sous-bassin versant.

Perspectives

Dès 2026, XtremQuality se poursuit en version 2, avec le même consortium enrichi d’un partenaire brésilien de l’État de São Paulo. Partant du démonstrateur actuel, cette seconde étape vise à évoluer vers un outil de prévision qui suivra des millions de petits lacs au Brésil. Les partenaires prévoient d’intégrer de nouveaux paramètres de qualité des eaux produits par satellite ainsi que des données de température de l’eau avec la future mission satellite TRISHNA.

Références

XtremQuality sur GEO Knowledge Hub du Group on Earth Observations (GEO), un référentiel numérique pérenne : https://doi.org/10.60566/beqyn-zna14

• Joffre, M., Tavares, M., Roussillon, J., Dos Santos, V., Chevalier, P., Cakir, R., Martinez J.M. & Sauvage, S. (2026). A regional framework for spatio-temporal assessment of lake eutrophication using Sentinel-2/MSI imagery. Ecological Indicators, 182, 114536.

• Tavares, M. H., Guimarães, D., Roussillon, J., Baute, V., Cucherousset, J., Boulêtreau, S., & Martinez, J. M. (2025). A framework to retrieve water quality parameters in small, optically diverse freshwater ecosystems using Sentinel-2 MSI imagery. Remote Sensing, 17(15), 2729.

• Mauricio Cezar Rebello Cordeiro : Application de la science des données en tant qu'outil de contrôle de la qualité de l'eau dans les réservoirs par l'image de satellite haute résolution - Thèse de l’école doctorale Sciences de l’Univers, de l’Espace et de l’Environnement – Université de Toulouse

• Tavares, M. H., Lins, R. C., Harmel, T., Fragoso Jr, C. R., Martínez, J. M., & Motta-Marques, D. (2021). Atmospheric and sunglint correction for retrieving chlorophyll-a in a productive tropical estuarine-lagoon system using Sentinel-2 MSI imagery. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 174, 215-236

• Ventura, D. L. T., Martinez, J. M., de Attayde, J. L., Martins, E. S. P. R., Brandini, N., & Moreira, L. S. (2022). Long-term series of chlorophyll-a concentration in Brazilian semiarid lakes from Modis imagery. Water, 14(3), 400.​​

• Aranha, T. R. B. T., Martinez, J. M., Souza, E. P., Barros, M. U., & Martins, E. S. P. (2022). Remote analysis of the chlorophyll-a concentration using Sentinel-2 MSI images in a semiarid environment in Northeastern Brazil. Water, 14(3), 451.

• Cordeiro, M. C., Martinez, J. M., & Peña-Luque, S. (2021). Automatic water detection from multidimensional hierarchical clustering for Sentinel-2 images and a comparison with Level 2A processors. Remote Sensing of Environment, 253, 112209.

Projets liés

• Ces travaux sont étroitement liés aux travaux portés par le Centre d’Expertise Scientifique THEIA « Couleur des Eaux continentales ».
• Certaines méthodes exploitées pour ce projet sont également valorisée avec l’UNESCO dans le cadre de l’initiative « World Water Quality Portal ».
• SCO VOQUALISE, VOlume et QUALIté des eaux au SEnégal

Les actus du projet

• 13/04/2026 : XtremQuality : surveiller les 90% d’eau douce que personne ne regarde

• 02/12/2025 : XtremQuality présente sa solution de suivi de la qualité de l’eau à la COP30

• 26/06/2024 : Présentation du projet XtremQuality et de ses avancées lors de la 13^ème Trimestrielle du SCO France « Qualité des eaux et des littoraux »

• 28/02/2024 : XtremQuality, le spatial pour détecter la qualité de l’eau