Couvertures glacio-nivales et glaciers suspendus : apport de la télédétection optique et radar appliquée au massif du Mont-Blanc (Alpes européennes occidentales)

Ice aprons and hanging glaciers : new insights from optical and SAR remote sensing of the Mont-Blanc massif (western European Alps)

• Auteur / Autrice : Suvrat Kaushik
• Direction : Ludovic Ravanel, Emmanuel Trouvé, Yajing Yan, Florence Magnin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, Univers et Environnement
• Date : Soutenance le 27/01/2023
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences, ingénierie, environnement (Chambéry ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements, dynamiques et territoires de la montagne (Le Bourget du Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Fatima Karbou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Praveen Thakur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthias Huss, Antoine Rabatel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glaciers -- France

Pergélisols

Mots clés libres

Permafrost

Glacier suspendu

Télédétection

Mont Blanc Massif

Permafrost

Hanging Glacier

Remote Sensing

Mont Blanc Massif

Résumé

Although numerous in the Alpine ranges, hanging glaciers and ice/snow aprons on the high mountain permafrost-affected rock faces are poorly known glacial systems. Ice aprons are small ice bodies of irregular outlines lying on steep slopes. They are significant elements of high mountain landscapes, a glacial heritage due to the old age of the ice, and an essential condition for mountaineering. However, research dedicated to ice aprons is rare, and only in the past few years have a few localized studies been initiated to understand their physical behaviour and dynamics. On the other hand, small hanging glaciers on steep slopes are also critical components as they are a potential source of danger through avalanches triggered by the collapse of seracs or even their fronts. Although relatively rare, ice avalanches may severely threaten human lives, settlements and infrastructure. Even with their perceived importance, the relatively poor attention towards these glacier/ice bodies is because of their small size and association with complex topographies where their access is challenging.Through a multidisciplinary approach (geographic, field observations and remote sensing), this doctoral work aims to understand the origin, distribution, and dynamics of these particular glacier systems in the context of global warming. For this, we relied on a variety of datasets consisting of aerial, terrestrial and satellite (optical and RaDAR) images, meteorological datasets and in-situ measurements. The study area for this PhD was the Mont Blanc massif, a 550 km2 Alpine mountain range famous for some of the highest peaks in the Alps, including the Mont Blanc summit (4808 m a.s.l.). At first, we focused our attention on ice aprons, ubiquitous in all the major mountain ranges worldwide, yet poorly defined perennial ice bodies. We built a regional inventory of ice aprons (n. 423) for the study region and, using this inventory redefined ice aprons based on their topographic characteristics. The inventory presented here is the first regional inventory of ice aprons available in the literature. Then, exploiting the wealth of high-resolution images from the past decades, we mapped all ice aprons precisely for different periods (i.e. 1952, 2001, 2012 and 2019) and estimated the change in their total surface area over time. We observed a drastic reduction in the total surface area of ice aprons in the study region over the past decade, with a more profound reduction observed in the past two decades compared to the past.Further in the thesis, to study the physical behaviour and dynamics of ice aprons and hanging glaciers, we processed an extensive time series of RaDAR images from Sentinel 1 (2016 - 2020), PAZ (2020 -2021) and TerraSAR X (2009 and 2011) satellites. The results from the later chapters of the thesis present a first attempt to study and monitor the physical processes and dynamics of these small mountain features from RaDAR images. Some of our results from the previous sections were validated after our analysis with RaDAR datasets; the most critical of this was that ice aprons are losing significant volume/thickness along with a reduction in surface area.Despite the methodological and logistical challenges associated with studying glaciers and ice bodies on steep mountain slopes, more focus from the scientific community must be diverted towards their research at this critical hour. Looking at the melting trends, it is hard to imagine any of the present ice aprons surviving the next few decades. The disappearance of ice aprons will not only be a loss of crucial glacial heritage but also endanger the iconic practice of mountaineering in future years. Similarly, incidents of catastrophic avalanches triggered because of the destabilizations in hanging glaciers are a further cause of grave concern for mountaineers and glaciologists. Hopefully, this PhD thesis forms a basis to encourage further studies in this direction.

Bien que nombreux dans les chaînes alpines, les glaciers suspendus et les glacio-nivales/neige sur les parois rocheuses de haute montagne affectées par le pergélisol sont des systèmes glaciaires mal connus. Les glacio-nivales sont de petits corps de glace aux contours irréguliers reposant sur des pentes abruptes. Ce sont des éléments significatifs des paysages de haute montagne, un patrimoine glaciaire dû à l'ancienneté des glaces, et une condition essentielle pour l'alpinisme. Cependant, les recherches consacrées aux glacio-nivales sont rares, et ce n'est que depuis quelques années que quelques études localisées ont été initiées pour comprendre leur comportement physique et leur dynamique. D'autre part, les petits glaciers suspendus sur de fortes pentes sont également des éléments critiques car ils sont une source potentielle de danger par les avalanches déclenchées par l'effondrement des séracs ou même de leurs fronts. Bien que relativement rares, les avalanches de glace peuvent gravement menacer les vies humaines, les établissements et les infrastructures. Par une approche pluridisciplinaire (géographique, observations de terrain et télédétection), ce travail doctoral vise à comprendre l'origine, la distribution et la dynamique de ces systèmes glaciaires particuliers dans le contexte du réchauffement climatique. La zone d'étude pour ce doctorat était le massif du Mont Blanc, une chaîne de montagnes alpine de 550 km2 célèbre pour certains des plus hauts sommets des Alpes, dont le sommet du Mont Blanc (4808 m d'altitude). Dans un premier temps, nous avons concentré notre attention sur les glacio-nivales, omniprésents dans toutes les principales chaînes de montagnes du monde, mais des corps de glace pérennes mal définis. Nous avons construit un inventaire régional des glacio-nivales (n. 423) pour la région d'étude et, à l'aide de cet inventaire, nous avons redéfini les glacio-nivales en fonction de leurs caractéristiques topographiques. L'inventaire présenté ici est le premier inventaire régional des aires de glace disponible dans la littérature. Ensuite, en exploitant la richesse des images haute résolution des dernières décennies, nous avons cartographié précisément tous les glacio-nivales pour différentes périodes (c'est-à-dire 1952, 2001, 2012 et 2019) et estimé l'évolution de leur surface totale au fil du temps.Plus loin dans la thèse, pour étudier le comportement physique et la dynamique des glacio-nivales et des glaciers suspendus, nous avons traité une vaste série temporelle d'images RaDAR de Sentinel 1 (2016 - 2020), PAZ (2020 -2021) et TerraSAR X (2009 et 2011 ) satellites. Les résultats des derniers chapitres de la thèse présentent une première tentative d'étudier et de surveiller les processus physiques et la dynamique de ces petites caractéristiques de montagne à partir d'images RaDAR. Certains de nos résultats des sections précédentes ont été validés après notre analyse avec les ensembles de données RaDAR ; le plus critique était que les glacio-nivales perdaient un volume / épaisseur significatif ainsi qu'une réduction de la surface. Malgré les défis méthodologiques et logistiques associés à l'étude des glaciers et des masses de glace sur les pentes abruptes des montagnes, la communauté scientifique doit se concentrer davantage sur ses recherches à cette heure critique. En regardant les tendances de fonte, il est difficile d'imaginer que l'un des glacio-nivales actuels survivent aux prochaines décennies. La disparition des glacio-nivales ne sera pas seulement une perte d'un patrimoine glaciaire crucial, mais mettra également en danger la pratique emblématique de l'alpinisme dans les années à venir. De même, les incidents d'avalanches catastrophiques déclenchés en raison des déstabilisations des glaciers suspendus sont une autre cause de grave préoccupation pour les alpinistes et les glaciologues. Espérons que cette thèse de doctorat constitue une base pour encourager d'autres études dans cette direction.