Glaciers Glaciologie

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Glaciers Glaciologie

• Morphologie et dynamique des glaciers alpins

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Sommaire

• Introduction, importance, où est la glace?
• Description dun glacier alpin
• Fonctionnement dun glacier (alpin)
• Accumulation / Ablation (bilan de masse)
• Ecoulement de la glace normal, surge, chute
• Etat de santé dun glacier

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Introduction où est la glace et pourquoi?

• Sur la Terre

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• 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. 15106 km2
• volume total de glace sur terre 30106 km3
• 98.5 des eaux douces)
• volume de glace durant la dernière glaciation
  75106 km3
• Processus dominants
• Chutes de neige
• Accumulations de neige
• Fonte glace .eau

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Sur Mars

• Calottes (hautes latitudes)
• Rosée blanche (givre) la nuit ,à lombre
• nappe phréatique gelée en permanence (permafrost)
  
• mars entier est gelé ! ( "cryosphère" )
• c'est un "désert froid"

• Processus dominants
• Condensation directe vapeur deau en glace
• Accumulation de givre (eau CO2)

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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)

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Le glacier de vallée
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Lérosion dun 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.
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• 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.

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Les géologues sintéressent aux glaciers parce
que

• les glaciers sont un agent d'érosion puissant
• leur fonctionnement est très différent des
  rivières ltgt 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 gt on arrive à
  établir sa courbe de fièvre ...
• sans vraiment en connaître les causes !
  (Milankovitch, volcans, dynamique interne,
  océans, tectonique des plaques) ?

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Changements climatiques historiques et futurs

• on craint une poussée importante "de fièvre"
  (1.5 à 6C ) 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

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Description dun glacier alpin

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

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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 ...

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Fonctionnement d'un glacier
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• 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 ...

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• couches de neige -gt névé ("firn") -gt 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 gt glace
• la glace contient des bulles d'air, des
  poussières, elle est faite de cristaux de glace
  de taille variable (lt1mm à gt 10cm)
• la densité maximum de glace des glaciers est
  environ 800 kg/m3

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1. 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
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• couches de neige / névé sur un glacier
  source Alpes 1989/4, photo L.Weh, article
  Markus Aellen

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• couches dans la glace photo Markus Aellen

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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

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• mer de glace, années 80

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

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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.
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• en termes de "bilan d'un glacier", l'écoulement
  conduit la glace vers des zones plus basses, plus
  chaudes gt dans une région où l'ablation
  l'emporte sur l'accumulation ...
• les mesures directes et un peu de réflexion
  conduisent aux schémas suivants

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(No Transcript)
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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 ...
• gt crevasses, seracs se forment en fonction de la
  pente, de la vitesse différentielle d'écoulement,
  de la température etc.

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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.

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l'éboulement de glace de l'Altels, 11 septembre
1895
1 décembre 1894
28 septembre 1895
15 septembre 1895
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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
• gt 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"!

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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).
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• 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.

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La température de la glace
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(No Transcript)
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Létat de santé des glaciers

• Existe til aujourdhui encore des glaciers qui
  avancent?

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glacier bombé ltgt 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.
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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.

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front bombé, raide, convexe lt-gt glacier en bonne
santé
front du glacier du Rhône à Gletsch en 1822, vue
par Triner
photo prise entre 1856 et 1858 par Bruel
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glacier "creux" ltgt 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
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front concave lt gt 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"
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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)
• gt 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" !
• gt attention, pas de conclusions trop hâtives
  concernant les changements climatiques (à
  l'échelle globale) !

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Le réseau de mesure exemple en Suisse
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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 !

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Glaciers de tailles moyennes
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Grands glaciers de vallée
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LAntarctique

• 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!

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Annexes

• Les glaciers dans le monde

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La vallée de lArc (Würm)
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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
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Dans les Andes
Yerupaja vue de la Laguna Jahuacocha (Pérou)
Depuis le col Cuyoc
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En Afrique
Glaciers tabulaires du Kilimandjaro vers 5500 m
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Chaîne de lHimalaya
Le glacier Ngojumba (Everest)
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FIN

• Université de Tours
• Centre de recherche Ville Société Territoire
• Aménagement, Géographie, Sociologie
• Parc de Grandmont 37200 TOURS
• ? 02.47.36.73.20 Fax [phone]
• e-mail berthelot_michael_at_hotmail.com