Les eaux à surface libre sur les continents interagissent avec l’atmosphère, les eaux stockées dans le sol et les océans. Leurs variabilités spatio-temporelles couvrent donc des échelles très diverses et jouent un rôle complexe au sein du cycle de l’eau et de l’énergie. Elles sont aussi une importante source d’eau douce pour les sociétés humaines. Cependant, aux échelles régionales/globale, de grandes incertitudes existent encore sur leurs dynamiques du fait de l’hétérogénéité en temps et en espace des réseaux de mesures in situ. C’est pourquoi, pour compléter ces réseaux, l’utilisation de la télédétection s’est fortement développée depuis les dernières décennies et est au cœur de mon projet de recherche. Celui-ci aborde les questions scientifiques suivantes : - Comment améliorer l’observation de la partie continentale du cycle de l’eau ? - Quelles en sont les variabilités saisonnières à décennales ? - Cette variabilité subit-elle des changements notables depuis les dernières décennies ? - Quels mécanismes physiques essentiels sont à considérer pour modéliser les grands bassins versants et les interactions avec l’atmosphère et les océans ? - Quelle est la part du forçage climatique et la part du forçage anthropique « direct » ? Dans ce manuscrit d'HDR, je présente mes activités de recherche menées depuis dix ans au LEGOS en lien avec ces questions, en me focalisant essentiellement sur trois grands bassins tropicaux : l’Amazone, le Gange/Brahmapoutre et le Mékong. Dans un premier temps, je décris les données de télédétection utilisées et les traitements développés au cours de mes recherches, en collaboration avec de nombreux collègues. En particulier, je me suis beaucoup investi sur le traitement de mesures d'altimètres nadirs, pour augmenter le nombre d’observations sur les eaux à surface libre. Comme les données satellitaires actuelles ont certaines limitations, je me suis aussi investi sur de futures missions spatiales (notamment la mission « Surface Water and Ocean Topography », SWOT, qui devrait être lancée fin 2021/début 2022 et sur l’apport de constellations d’altimètres) pour observer encore plus finement les eaux continentales. Dans un deuxième temps, je montre l’utilisation de ces données d’altimétrie pour améliorer des estimations et des prévisions du débit fluvial. En particulier, nous avons pu réaliser des réanalyses journalières du débit par assimilation dans un modèle hydrologique (ISBA-CTRIP) sur l’ensemble du bassin Amazonien (travail de thèse de la première étudiante que j’ai eu à encadrer, Charlotte EMERY). D’autre part, il a aussi été possible d’utiliser l’altimétrie pour aider la prévision des débits du Gange et du Brahmapoutre au Bangladesh. Enfin, j'ai participé à la combinaison d’observations de plusieurs missions spatiales pour estimer la variabilité des stocks d’eau de surface sur le bas Mékong (en particulier sur le lac Tonle Sap). Nous avons exploré les liens entre les variations de ces stocks d'eau et le forçage climatique, ainsi qu'avec le débit du Mékong proche de son exutoire. En guise d’ouverture, je conclus ce manuscrit par mes principales perspectives de recherche pour les années à venir.