Glaciers Glaciologie

1. Glaciers Glaciologie Morphologie et dynamique des glaciers alpins

2. Sommaire • Introduction, importance, où est la glace? • Description d’un glacier alpin • Fonctionnement d’un glacier (alpin) • Accumulation / Ablation (bilan de masse) • Ecoulement de la glace: normal, surge, chute • Etat de santé d’un glacier

3. Introduction: où est la glace et pourquoi? • Sur la Terre

4. 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: • Chutes de neige • Accumulations de neige • Fonte glace ….eau

5. 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)

6. 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)

7. Le glacier de vallée

8. 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.

9. 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.

10. 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) ?

11. 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

12. Description d’un glacier alpin maquette en plâtre d'un glacier alpin par A. Heim (siècle passé), Institut de Géologie Neuchâtel

13. 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 ...

14. Fonctionnement d'un glacier

15. 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 ...

16. 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

17. 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

18. couches de neige / névé sur un glacier; source : Alpes 1989/4, photo L.Weh, article : Markus Aellen

19. couches dans la glace; photo Markus Aellen

20. 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 :

21. mer de glace, années 80

22. glacier du Rhône, cartographie 1874-1883 d'une ligne de cailloux marqués rouges, posés initialement sur une droite ..

23. 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.

24. 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 :

26. 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.

27. 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.

28. l'éboulement de glace de l'Altels, 11 septembre 1895 1 décembre 1894 28 septembre 1895 15 septembre 1895

29. 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"!

30. 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).

31. 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.

32. La température de la glace

34. L’état de santé des glaciers Existe t’il aujourd’hui encore des glaciers qui avancent?

35. 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.

36. 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.

37. 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

38. 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

39. 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"

40. 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) !

41. Le réseau de mesure: exemple en Suisse

42. 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 !

43. Glaciers de tailles moyennes

44. Grands glaciers de vallée

45. 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!

47. Annexes Les glaciers dans le monde

48. La vallée de l’Arc (Würm)

49. Dans les Alpes Le 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

50. Dans les Andes Yerupaja vue de la Laguna Jahuacocha (Pérou) Depuis le col Cuyoc