glaciers glaciologie morphologie et dynamique des glaciers alpins
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Glaciers Glaciologie
Morphologie et dynamique des glaciers alpins
Sommaire
• Introduction, importance, où est la glace?
• Description d’un glacier alpin• Fonctionnement d’un glacier (alpin)1. Accumulation / Ablation (bilan de
masse)2. Ecoulement de la glace: normal, surge,
chute3. Etat de santé d’un glacier
Introduction: où est la glace et pourquoi?
• Sur la Terre
• calottes (haute latitudes) : pôle sud Antarctique, Groenland • glaciers alpins (à haute altitude) • permafrost = nappe phréatique gelée en permanence
(hautes latitudes, haute altitude), • banquise (hautes latitudes, pôle nord), quantité négligeable • la cryosphère terrestre occupe ca. 15*106 km2 • volume total de glace sur terre : 30*106 km3 • 98.5% des eaux douces) • volume de glace durant la dernière glaciation : 75*106 km3
• Processus dominants:
1. Chutes de neige2. Accumulations de neige3. Fonte glace ….eau
•Sur Mars
• Calottes (hautes latitudes)
• Rosée blanche (givre) la nuit ,à l’ombre
• nappe phréatique gelée en permanence (permafrost)
• mars entier est gelé ! ( "cryosphère" )
• c'est un "désert froid"
Processus dominants:•Condensation directe: vapeur d’eau en glace•Accumulation de givre (eau + CO2)
Les facteurs importants pour la formation de la glace et des glaciers
• température moyenne annuelle (latitude, altitude)
• bilan d'énergie solaire (input) / rayonnement (output), orientation de la pente, couverture nuageuse etc.
• précipitations (leur répartition en fonction des saisons)
• le bilan annuel entre les précipitations neigeuses et la fonte / ablation de cette neige (Coefficient de nivosité)
Le glacier de vallée
L’érosion d’un glacier de vallée
Durant la glaciation, l'écoulement des glaces creuse à nouveau les vallées
Après la fonte des glaces, on aura un paysage de cirques glaciaires (anciennes zones d'accumulation de la glace), de vallées dites en U (auges glaciaires), de pics et d'arêtes délimitant des vallées suspendues résultant du creusement par des glaciers plus petits venant se fondre
dans le glacier principal.
Le glacier arrache des matériaux au substrat rocheux; tout ce matériel sédimentaire produit directement par l'action de rabotage de la glace sur la roche porte le nom général de moraine. Les eaux de fonte du glacier redistribuent les matériaux glaciaires sur une plaine d'épandage; il y a tout un cortège de dépôts qu'on dit fluvio-glaciaires. Le retrait du glacier laisse sur place tous ces dépôts qui caractérisent les paysages glaciaires.
Les géologues s’intéressent aux glaciers parce que:
• les glaciers sont un agent d'érosion puissant • leur fonctionnement est très différent des rivières <=> une
morphologie glaciaire typique • la quantité de glace sur terre est très variable à travers les
temps géologiques • on connaît des fluctuations à des échelles de temps
différentes (100, 104, 105, 106, 108 ans) • ces fluctuations sont utilisées comme "thermomètre" de la
planète => on arrive à établir sa courbe de fièvre ... • sans vraiment en connaître les causes ! (Milankovitch,
volcans, dynamique interne, océans, tectonique des plaques) ?
Changements climatiques historiques et futurs
• on craint une poussée importante "de fièvre" (+1.5 à + 6°C ) qui pourrait intervenir au 21e siècle à cause de notre production incensée de CO2 (IPCC)
• tandis que certains "foyers d' infection" sont d'ore et déjà
identifiés, aucun remède universel n'existe à ce jour !
• Un point sur les dernières glaciations
Description d’un glacier alpin
maquette en plâtre d'un glacier alpin par A. Heim
(siècle passé), Institut de Géologie Neuchâtel
les Alpes sans glaciers? impensable ! • alors : quels sont les éléments si caractéristiques de ce paysage alpin / glaciaire ?? • cirques glaciaires, entourés de haut sommets rocheux, (horns, pics, falaises
abrubtes) = bassin de collection • couloirs d'avalanches • névés (blancs, même en automne): champs de neige pérénnéennes • langues glaciaires (gris, noirs, "sales" en automne) remplissant les vallées =
transport / dissipation • seracs, crevasses, rimaye • moraines, latérales et médianes • front glaciaire avec cordons morainiques frontaux • torrent glaciaire d'eau trouble (" le lait des glaciers ") - sortant d'un tunnel au front
du glacier • lacs glaciaires: sur, à coté, devant le glacier • végétation caractéristique • les chalets, les vaches, Heidi ne font pas partie de la morphologie glaciaire ...
Fonctionnement d'un glacier accumulation (de neige) ablation
précipitation de neige fonte
précipitation de gelée blanche (givre) condensation d'air humide (fait fondre la glace !)
apport par avalanches vent, température et humidité de l'air (fait fondre / évaporer la glace)
apport par le vent pluie, température de la pluie (fait fondre la glace)
etc. formation d'icebergs (et fonte dans la mer)
climat global / local latitude, altitude
pente (exposition, inclinaison)
importation / exportation par avalanches, vent, fluage, surge, chutes etc.
mesurer l'accumulation ? mesurer l'ablation ?
hauteur * surface * densité de la neige (deux fois par année !)
débit de la rivière qui sort du glacier
à la pelle, télédetection (photo aériennes, satellites, radar)
+ estimer l'évaporation (T, humidité, vent, etc.)
mesurer les précipitations (neige -> difficile !)
mesurer les précipitations (pluies -> ± facile)
une "année bilan" d'un glacier n'est pas égale à une année calendrier !
début : premières chutes de neige de l'automne "qui restent"
fin : premières chutes de neige de l'automne suivant "qui restent
1. ligne d'équilibre (snow line, firn line, firn limit) = la limite inférieure de la couche de neige
• on peut cartographier facilement cette limite même par télédétection (n'importe quand dans l'année !)
• elle n'intéresse qu'à un moment précis de l'"année bilan" d'un glacier
• la limite ultime atteinte à la fin de l'été, après la période d'ablation
• avant la couverture par une nouvelle couche de neige qui marque le début de la couche annuelle suivante ...
2. couches de neige -> névé ("firn") -> glace • chaque "année bilan" une nouvelle couche de neige s'ajoute (la
totalité de la neige d'un hiver, soit ce qu'il en reste après l'été ...) • l'étendu de la couche est dépendante du climat de l'année en question • durant l'été, la neige de l'hiver subit une transformation en névé
"firn" (attention! le terme névé a deux significations: 1) c'est le champ des neiges pérénéennes, 2) c'est le matériau neige en voie de transformation vers la glace
• sous le poids des couches suivantes, la tranformation continue => glace
• la glace contient des bulles d'air, des poussières, elle est faite de cristaux de glace de taille variable (<1mm à > 10cm)
• la densité maximum de glace des glaciers est environ 800 kg/m3
3. la stratification (les couches de neige) reste marquée dans la glace sous forme de bandes de couleur / de
granulométrie différente :
au moins 6 couches différentes sont visibles, la "firn limit" délimite la dernière de ces couches, la plus blanche
couches de neige / névé sur un glacier; source : Alpes 1989/4, photo L.Weh, article : Markus Aellen
couches dans la glace; photo Markus Aellen
Ecoulement de la glace la glace se comporte comme un liquide visqueux (rhéologie "non-
newtonienne") • sous son propre poids, elle commence à fluer • elle s'étale sous l'influence de la gravité cet écoulement est très visible et mesurable ! facteurs importants: • pente • géométrie de la vallée, du substratum rocheux • taille du névé / glacier / inlandsis • température moyenne annuelle (glacier froid ou chaud ?) • la pression de fluide à la base du glacier chaud (fluctue durant l'année
en fonction de la fonte...) cet écoulement est directement "visible" et facilement mesurable :
mer de glace, années 80
glacier du Rhône, cartographie 1874-1883 d'une ligne de cailloux marqués rouges, posés initialement sur une droite ..
ogives : ce sont des bandes grises en forme de paraboles (ogives); ces bandes sont générées sous les séracs, plus actifs en été (bande grise) qu'en hiver (bande blanche); ces bandes ± perpendiculaires au glacier subissent ensuite une déformation progressive par l'avancement plus rapide au centre du glacier que sur son bord.
•en termes de "bilan d'un glacier", l'écoulement conduit la glace vers des zones plus basses, plus chaudes => dans une région où l'ablation l'emporte sur l'accumulation ... •les mesures directes et un peu de réflexion conduisent aux schémas suivants :
Les Crevasses et les Séracs
crevasses, seracs (temoins d'une déformation cassante de la glace)
l'image simple (du glacier de vallée) donnée ci-dessus est perturbée par des effets secondaires :
• sous traction importante, la glace ne flue pas tranquillement, mais elle est rompue ...
• => crevasses, seracs se forment en fonction de la pente, de la vitesse différentielle d'écoulement, de la température etc.
Les chutes de glace
• sur des pentes trop raides (par dessus des falaises), la glace décroche périodiquement, en fonction de:
• la quantité de glace accumulée, la pente, la température, la pression fluide à la base du glacier etc. etc.
l'éboulement de glace de l'Altels, 11 septembre 1895
1 décembre 1894
15 septembre 1895
28 septembre 1895
Les surges• une augmentation anormale de la vitesse d'écoulement est
appelée "surge" • durée : quelques heures à quelques jours • la raison principale : augmentation de la pression/du niveau
d'eau de fonte sous/dans le glacier • => s'observe avant tout au début d'été, lors de la fonte des
neiges • le glacier commence à "surnager" dans son lit • le surge fait avancer rapidement le front du glacier, mais
attention ! : en termes de "bilan de masse", cet avancement ne signifie pas une croissance du glacier, au contraire, c'est du "suicide"!
Glacier Susitna (Alaska), les plis (marqués par moraines médianes déformées) sont le résultat de mouvements rapides = surges des différentes branches (photo aérienne du Geol. Survey America, Washburn).
•Glacier Malaspina (Alaska), magnifique glacier de piémont = glacier qui s'étale à la sortie d'une vallée. Ici, les plis spectaculaires sont le résultat d'un fluage plastique normal, pas de surge.
La température de la glace
"glaciers froids " "glaciers chauds"
o T << - 5°C o haute latitude, haute altitude o arctique, antarctique; Himalaya, Alpes
(>3000m)
o T env. 0°C o moyenne / basse altitude, o souvent aussi la langue frontale de
glaciers froids ..
o pas de torrent glaciaire ! o front vertical, effrité o pas de véritables moraines
o torrent glaciaire o front en rampe incliné ... o moraines
beaucoup de glaciers sont froids dans leur partie surpérieure, mais possèdent une langue chaude ...
aucun (grand) glacier alpin n'est entièrement froid, mais nombreux sont les glaciers "mixtes", froid en altitude, chaud en bas ...
o les eaux de fonte de l'été (s'il y en a!) percolent et re-gèlent à l'intérieur du névé, de la glace en tout cas avant d'atteindre le fond rocheux du glacier
o le glacier à sa base reste parfaitement collé au rocher
o la température y est nettement inférieure à 0° o l'écoulement du glacier se fait à l'intérieur de la
glace, sans glissement à la base rocheuse
o les eaux de fonte de l'été percolent à travers la neige, le névé (firn) et le font fondre en partie, elles atteignent le fond rocheux à travers crevasses et moulins (puits verticaux, creusés par les eaux "chaudes"
o le glacier glisse à sa base ± mouillée o les eaux de fontes s'écoulent entre glace et
roche en place
o le peu d'énergie de rayonnement direct estival (+ vent, + condensation, + pluies chaudes) ne suffisent pas pour rechauffer même la couche de neige annuelle qui se rechauffe un peu, mais qui conserve sa température négative
o une fois enfouie sous d'autres couches de neige, "rien" ne permet d'apporter l'énergie pour la rechauffer
o la température du glacier entier est tamponnée à 0°C
o tout excès d'énergie est exportés sous forme d'eau de fonte
o dans le cas des calottes très épaisses, le flux géothermique (20 à 100 mW/m2 ) conduit tout de même à un faible rechauffement de la glace "depuis la base"
o en Antarctique, on a même découvert un lac sous une calotte normalement "froide" (Lake Vostok)
les phénomènes suivants sont observés dans les glaciers chauds uniquement :
o surge o roches moutonnées, stries glaciaires o moraines, drumlins, et tout le reste de la
panoplie des formes glaciaires !
L’état de santé des glaciers
Existe t’il aujourd’hui encore des glaciers qui avancent?
glacier bombé <=> glacier en bonne santé
Iceberg glacier, Axel-Heiberg (Arctique Candadienne), source : Jürg Alean, Die Alpen 1988/2, p. 82
Le glacier du Minya Konka (Chine) en 1930, est encore en très bonne santé ! Source : Die Grossen Kalten Berge von Setzschuan; Ed.Imhof, OF, 1974.
Le matériel morainique
La quantité de matériel morainique ne dit rien sur l'état de santé! Les glaciers du Axel Heiberg en sont très pauvres, car la topographie n'est pas très marquée, les sommets sont enneigés en permanence, peu de falaises émergent de la glace, le climat arctique, avec un été très court limite le nombre de cycles de gel/dégel, le pergélisol ne dégèle que très peu. Dans l'Himalaya, des falaises importantes surplombant les glaciers fournissent un matériel abondant qui tend à couvrir la glace dans la partie "ablation" des glaciers.
front bombé, raide, convexe <-> glacier en bonne santé
front du glacier du Rhône à Gletsch en 1822, vue par Triner
photo prise entre 1856 et 1858 par Bruel
glacier "creux" <=> glacier en mauvaise santé
pratiquement tous les glaciers alpins, du monde entier (Alpes, Himalaya, Caucase, Rocheuses, Alaska, Andes, Afrique, NZ), sont en recul depuis plus de 100 ans. La "morphologie typique" des glaciers alpins, telle qu'elle est enseignée partout, est une morphologie d'un glacier en mauvaise santé!
glacier de Valsorey (Alpes
CH) dans les années 1990
front concave <= > glacier en mauvaise santé (en recul)
Riedgletscher 1982, source : F.Holzhauser dans : Furrer 1991: 25000 Jahre Gletschergeschichte, Neujahrsblatt Natf. Ges. ZH.
haut glacier d'Arolla, 1990 : à noter le front concave, "en creux"
les glaciers ont une mémoire pour le climat du passé !
• une mauvaise année (bilan de masse négatif) ne se répercute pas tout de suite sur l'"état de santé"
• des mauvaises années en série font perdre le capital (diminution de la masse et de la longueur)
• cette diminution se "voit" assez rapidement ! (voir les indices ci-dessus) • => la position de la langue d'un glacier donne une information sur le
climat du passé cette information est beaucoup plus simple à obtenir qu'une information sur le vrai bilan de masse ..
MAIS, cette information est filtrée : • les petits glaciers réagissent très vite, ils ont une mémoire courte • les grands glaciers réagissent lentement, ils ont une mémoire longue
• le signal n'est pas "linéaire" ! • => attention, pas de conclusions trop hâtives concernant les changements climatiques
(à l'échelle globale) !
Le réseau de mesure: exemple en Suisse
Les observations
• les glaciers de taille intermédiaire réagissent vite aux changements climatiques, recul général, interrompu par des phases d'avancement 1960 - 1985) !
• les grands glaciers reculent régulièrement depuis 150 ans (depuis la fin du petit âge glaciaire). Ce recul semble même s'accélérer dans le cas du Grand glacier d'Aletsch !
Glaciers de tailles moyennes
Grands glaciers de vallée
L’Antarctique
Découvertes récentes sur le fonctionnement de l'écoulement depuis les calottes : contrairement à ce qu'on pensait, l'écoulement ne se fait pas de manière si uniforme - centrifuge, mais bien selon certains couloirs où la vitesse atteint celle des glaciers de vallées (alpins) voire des centaines de m/an. Documentation à partir des satellites par "interférométrie radar", d'une
résolution spatiale de quelques cm!
Annexes
Les glaciers dans le monde
La vallée de l’Arc (Würm)
Dans les AlpesLe col se trouve juste au pied de la Grande Casse, le point culminant du parc national de la Vanoise (3855m.). Du sommet, le glacier des Grands Couloirs descend jusqu'à une large zone d'éboulis qui se termine au bord du lac Long.
le glacier des Bossons avec sa langue terminale qui descend au dessus de Chamonix
Dans les Andes
Yerupaja vue de la Laguna Jahuacocha (Pérou)
Depuis le col Cuyoc
En Afrique
Glaciers tabulaires du Kilimandjaro vers 5500 m
Chaîne de l’Himalaya
Le glacier Ngojumba (Everest)
FIN
Université de ToursCentre de recherche Ville Société Territoire
Aménagement, Géographie, SociologieParc de Grandmont – 37200 TOURS
02.47.36.73.20 – Fax 02.47.36.73.20e-mail :[email protected]