Distribution et caractérisation du permafrost des parois du massif du Mont Blanc : une approche combinant monitoring, modélisation et géophysique

Permafrost distribution and characteristisation of the Mont Blanc massif rockwalls : an approach combining monitoring, modelling and geophysics

• Auteur / Autrice : Florence Magnin
• Direction : Jean-Jacques Delannoy, Philip Deline
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie
• Date : Soutenance le 16/06/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements, dynamiques et territoires de la montagne (Le Bourget du Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Schoeneich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michael Krautblatter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Étienne Cossart, Reynald Delaloye

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mont Blanc, Massif du

Pergélisols

Mots clés libres

Permafrost

Parois rocheuses

Massif du Mont Blanc

Monitoring

Modélisation

Géophysique

Permafrost

Rockwalls

Massif du Mont Blanc

Monitoring

Modelling

Geophysics

Résumé

L'étude du permafrost des parois alpines est essentielle pour comprendre son rôle dans le déclenchement des écroulements rocheux. Pour estimer la distribution du permafrost dans les parois du massif du Mont Blanc, nous avons développé trois axes de recherche appuyés sur trois méthodes d'investigation. La mesure continue de la température des parois sur le site pilote de l'Aiguille du Midi, à leur surface depuis 2005 et jusqu'à 10 m de profondeur dans trois forages depuis 2010, révèle les caractéristiques locales du permafrost : coexistence de secteurs de permafrost chaud (>-2°C) et froid, couche active comprise entre c. 2 m et c. 6 m selon l‘exposition, flux latéraux de chaleur, effets variables de la neige et de la fracturation. La modélisation statistique de la distribution du permafrost suggère une présence sporadique du permafrost dès 1900 m en face nord et 2300 m en face sud dans les secteurs localement favorables, puis plus continue à partir de respectivement 2600 m et 3000 m d'altitude. Cette modélisation, réalisée sur un MNA à 4 m de résolution, a été comparée au même modèle implémenté sur un MNA à 30 m de résolution : la résolution métrique est apparue nécessaire pour une prédiction pertinente à l'échelle locale. Enfin, la tomographie de résistivité électrique a été appliquée sur huit profils de 160 m de long et 25 m de profondeur sur six faces subverticales du massif dont deux répétés en 2012 et 2013. Les résultats permettent (i) la caractérisation 2D du permafrost : identification de permafrost chaud, du contrôle topographique dans les secteurs très escarpés, suggestion des effets de la neige et de la fracturation; et (ii) l'évaluation de notre modèle de distribution à 4 m  la résolution à 30 m étant trop grossière. Si le modèle paraît réaliste, il surestime toutefois l'occurrence du permafrost dans les secteurs caractérisés par la présence de glaciers, sans doute du fait du rayonnement réfléchi et diffus exacerbé par la surface glaciaire. Nos résultats ont été mobilisés pour analyser la distribution de 523 écroulements ayant affecté les parois d'altitude en 2003 et entre 2007 et 2014. Près de 90% de ces écroulements sont survenus dans des parois à permafrost chaud, ce qui confirme que la dégradation du permafrost est un facteur majeur de leur déclenchement. Le développement futur de modèles physiques permettra d'améliorer la compréhension systémique de la distribution et de l'évolution du permafrost.

Rockwall permafrost investigation is essential for understanding of its role in the triggering of rock falls. To estimate permafrost distribution in the Mont Blanc massif rockwalls, we developed three axes of research based on three methods. The monitoring of rockwall temperatures at the pilot-site, Aiguille du Midi, at the surface since 2005, and down to 10-m-deep since 2010, reveals local characteristics of permafrost: warm (>-2°C) and cold permafrost areas coexist, active layer ranges from ca. 2 m and ca. 6 m according to exposure, lateral heat fluxes, variables effects from snow and fractures. The statistical modelling of permafrost distribution suggests sporadic occurrences of permafrost from 1900 m asl. on north faces and 2300 m asl. on south faces in locally favourable conditions, its presence is more continuous from 2600 and 3000 m asl., respectively. The model has been implemented on a 4-m-resolution DEM and has been comapred to the same model based on a 30-m-resolution DE%: the metric resolution appeared necessary for a relevant prediction at the local scale. Finally, electrical resistivity tomography has been applied on eight 160-m-long and 25-m-deep profiles on six subvertical rock faces, two of which being repeated in 2012 and 2013. The results allow for (ii) a 2D characterisation of permafrost: identification of warm permafrost areas, of the topographical control on sharp crests, suggestion of snow and fracturing effects; and (ii) evaluation of the 4-m-resolution model  the 30-m-resolution being to coarse. Even though the model seems realistic, it overestimates permafrost occurrence in areas characterized by the presence of glaciers, certainly because of the reflected and diffuse radiations that are intensified by the glacial surface. Our results have been used to analyse the distribution of 523 rockfalls triggered from high alpine rockwalls in 2003 and from 2007 to 2014. Nearly 90% of these rockfalls have been triggered in warm permafrost rockwalls, which corroborates that permafrost degradation is a triggering factor of rockfall. Futur developments of physic-based models will allow improving of systemic understanding of the distribution and evolution of permafrost.