Les eaux de surface sont des ressources importantes pour la biosphère et l'anthroposphère. Elles favorisent la préservation des habitats, le développement de la biodiversité et le maintien des services écosystémiques en contrôlant le cycle des nutriments et le carbone à l’échelle mondiale. Elles sont essentielles à la vie quotidienne de l’homme, notamment pour l'irrigation, la consommation d’eau potable, la production hydro-électrique, etc. Par ailleurs, lors des inondations, elles peuvent présenter des dangers pour l'homme, les habitations et les infrastructures. La surveillance des changements dynamiques des eaux de surface a donc un rôle primordial pour guider les choix des gestionnaires dans le processus d’aide à la décision. L’imagerie satellitaire constitue une source de données adaptée permettant de fournir des informations sur les eaux de surface. De nos jours, la télédétection satellitaire a connu une révolution avec le lancement des satellites Sentinel-1 (Radar) et Sentinel-2 (Optique) qui disposent d’une haute fréquence de revisite et d’une résolution spatiale moyenne à élevée. Ces données peuvent fournir des séries temporelles essentielles pour apporter davantage d'informations afin d'améliorer la capacité d'observation des eaux de surface. L’exploitation de telles données massives et multi-sources pose des défis en termes d’extraction de connaissances et de processus de traitement d’images car les chaines de traitement doivent être le plus automatiques possibles. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail de thèse est de proposer de nouvelles approches permettant de cartographier l’extension spatiales des eaux de surface et des inondations, en explorant l'utilisation unique et combinée des données Sentinel-1 et Sentinel-2.