Doctorant (h/f) : suivi spatio-temporel des îlots de sécheresse urbaine dans des contextes climatiques variés : étude comparée entre la france et le brésil à l’aide de réseaux de mesures denses

Suivi spatio-temporel des îlots de sécheresse urbaine dans des contextes climatiques variés : étude comparée entre la France et le Brésil à l’aide de réseaux de mesures denses

Contexte et problématique :
Face à l’intensification des épisodes de sécheresse liés au changement climatique et à l’expansion continue des surfaces urbanisées, les villes sont de plus en plus confrontées à des tensions sur les ressources en eau et sur le fonctionnement écologique de leurs milieux. Les îlots de sécheresse urbaine (ISU), définis comme des zones présentant une disponibilité en eau sensiblement réduite par rapport à leur environnement rural ou périurbain, sont encore peu étudiés par rapport aux îlots de chaleur urbains. Cette thèse vise à caractériser la dynamique spatio-temporelle des ISU en comparant deux contextes climatiques contrastés — tempéré (France) et tropical (Brésil) — à l’aide de réseaux de mesures microclimatiques denses, incluant des capteurs de température, d’humidité, d’évapotranspiration et de stress hydrique végétal.
L’objectif principal est de développer une méthodologie de suivi fin et en temps réel des ISU, intégrant des données issues de réseaux de capteurs au sol et d’observations satellitaires, afin de mieux comprendre les mécanismes de formation, d’intensification et de dissipation de ces phénomènes. Une attention particulière sera portée à l’effet de la morphologie urbaine, de la végétation et des types d’occupation du sol. En comparant les dynamiques observées à Rennes (France) et Presidente Prudente (Brésil), la thèse contribuera à proposer des modèles d’adaptation climatique locaux et des stratégies de résilience urbaine fondées sur des données objectives et généralisables.

Verrous scientifiques et problématique détaillée :
Alors que les îlots de chaleur urbains (ICU) ont fait l’objet d’un grand nombre de travaux scientifiques depuis les années 1990, leur pendant hydrique — les îlots de sécheresse urbaine (ISU) — reste une problématique émergente, encore peu conceptualisée, et dont les dimensions spatio-temporelles sont insuffisamment documentées.
Les ISU se caractérisent par des zones urbaines où l'humidité du sol, la teneur en eau de la végétation ou l'évapotranspiration sont significativement plus faibles que dans les zones avoisinantes. Ils résultent d'une combinaison complexe entre facteurs climatiques (pluviométrie, température, vent), anthropiques (urbanisation, imperméabilisation, gestion de l’eau), et biophysiques (nature du sol, couverture végétale). Leur identification et leur suivi présentent cependant plusieurs verrous scientifiques majeurs :
 Absence de définition opérationnelle des ISU : Contrairement aux ICU, il n’existe pas encore de consensus scientifique sur les critères de détection, les indicateurs pertinents (NDWI, VHI, ETa, etc.) ou les seuils de caractérisation d’un îlot de sécheresse urbaine.
 Difficultés d’observation à fine échelle spatio-temporelle : Les données satellitaires disponibles (Landsat, MODIS, Sentinel) offrent une couverture régulière mais souvent insuffisante en résolution pour saisir les micro-variations hydriques intra-urbaines. Les réseaux de capteurs au sol restent encore trop peu développés dans les villes pour combler ce déficit, notamment dans les pays du Sud.
 Manque de comparaison entre des contextes climatiques et d’urbanisation différents : Peu d’études ont tenté de comparer les dynamiques des ISU entre contextes climatiques et socio-économiques contrastés. La comparaison entre villes tempérées françaises (Rennes) et tropicales brésiliennes (Presidente Prudente, Sinop) permettrait d’identifier les spécificités structurelles et fonctionnelles des ISU selon les latitudes.
 Insuffisante prise en compte des usages urbains et des pratiques sociales : Les logiques d’arrosage, de gestion des espaces verts ou d’accès à l’eau sont rarement intégrées dans les modèles de sécheresse urbaine, alors qu’elles conditionnent fortement la vulnérabilité des quartiers.
 Absence de modèles prédictifs locaux et adaptatifs : Les modèles actuels de prévision des sécheresses urbaines sont peu robustes car généralement calés à des échelles régionales ou nationales, sans intégration des dynamiques urbaines fines (types d’habitat, végétalisation, ombrage, surfaces réfléchissantes, etc.).
Les objectifs spécifiques de cette thèse seront donc de :
1. Concevoir et tester un protocole de détection et de suivi des ISU à haute résolution spatio-temporelle ;
2. Analyser les différences spatiales et saisonnières des ISU entre les deux pays ;
3. Évaluer l’influence des facteurs environnementaux sur l’intensité des ISU ;
4. Proposer des outils d’aide à la décision pour les politiques urbaines d’adaptation climatique.

Données et méthodologie :
La thèse cherchera à lever les verrous actuels de connaissance des ISU en développant une méthodologie intégrée de suivi, d’analyse et de modélisation des ISU à l’aide de réseaux de capteurs microclimatiques denses installés à Rennes (Rennes Urban Network : https://run.letg.cnrs.fr/) et Presidente Prudente dans le cadre du projet SCO-ALTELYS : https://www.spaceclimateobservatory.org/fr/altelys-lutter-contre-les-ilots-de-chaleur-urbains
• Installation, calibration de réseaux de micro-capteurs dans plusieurs quartiers types (résidentiels, commerciaux, espaces verts) ;
• Etude des fréquences et intensités des ISU en fonction du contexte climatique.
• Utilisation de données satellites (Landsat, Sentinel-2, MODIS) pour l’analyse d’indices de stress hydrique (NDWI, VHI, etc.) ;
• Application de modèles géostatistiques pour identifier les patterns et prédicteurs des ISU.


Contexte de travail

Cette thèse est financée pour 3 ans dans le cadre du laboratoire commun (LabCom) TELKANTE LAB établi en partenariat entre le site rennais de l’UMR LETG et la société Alkante. Ces deux structures ont travaillé sur le suivi des climats urbains dans le cadre du projet SCO-ALTELYS dont cette thèse viendra en continuité.
L’UMR LETG est une unité mixte de recherche répartie sur trois sites universitaires (Brest, Nantes et Rennes). Elle est placée sous la tutelle du CNRS et des universités de Brest, Nantes et Rennes 2. L’unité regroupe environ 140 membres, dont 64 titulaires (7 directeurs de recherche, 5 chargés de recherche, 15 professeurs des universités, 25 maîtres de conférences, et 12 ingénieurs et techniciens), ainsi qu’un peu plus de 70 personnels contractuels (environ 50 doctorants, 2 post-doctorants et 20 ingénieurs contractuels). Les travaux scientifiques de LETG s’inscrivent dans le champ de la géographie de l’environnement dans toutes ses dimensions (physique, humaine, etc.), avec une attention particulière portée aux questions informationnelles tout au long du cycle de vie des données géographiques (production, structuration, traitement, diffusion et usages). L’activité de recherche est structurée autour de trois grands axes : les environnements littoraux, les environnements continentaux et la télédétection-géomatique.
Le/la doctorant·e collaborera également régulièrement avec les équipes de la société ALKANTE. En effet, le projet s’inscrit dans le cadre du TELKANTE LAB, un laboratoire commun financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR), réunissant l’unité de recherche LETG et la société ALKANTE. Ce laboratoire a pour mission de développer des solutions techniques et logicielles facilitant l’intégration des données de télédétection dans les infrastructures de données géographiques (IDG). La complémentarité entre LETG et ALKANTE permet d’envisager des avancées scientifiques et technologiques pour faciliter l’usage de l’information spatiale dans divers domaines d’application (environnement, gestion des risques, etc.). ALKANTE dispose d’une solide expérience dans l’implémentation d’IDG, notamment à travers le développement de la plateforme open source interministérielle PRODIGE, qui permet de valoriser l’information géographique auprès d’utilisateurs institutionnels et privés.
Le projet de thèse inclus une co-direction avec l’UNESP de Presidente Prudente (Brésil), partenaire de longue date de LETG-Rennes notamment dans le co-portage récent du projet CAPES-COFECUB CICLAMEN (https://run.letg.cnrs.fr/ciclamen.html). L’UNESP a aussi développé une forte expertise de suivi des îlots de chaleur par des mesures au sol et au moyen de données de télédétection.


Contraintes et risques

Le/la doctorant-e sera inscrit-e à l’ED ESC de l’Université Rennes 2 et sera hébergé au LETG-Rennes et ponctuellement à la société Alkante. Des séjours de terrain au Brésil sont prévus.
Il/elle sera titulaire d’un master en géographie de l’environnement avec une spécialisation en télédétection, SIG et modélisation. La maîtrise des outils de programmation (R, python) est indispensable.
Une pratique courante de l’anglais scientifique est exigée mais l’essentiel des travaux et discussions aura lieu en langues française et portugaise. La bonne maîtrise de celles-ci est donc indispensable notamment pour les travaux de terrain.