Thèse en sciences de l’environnement, soutenue le 15 novembre 2024 par Matthew Jenkin, rattaché à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.
Les glaciers alpins érodent de grandes quantités de sédiments sous-glaciaires lorsqu’ils glissent sur leurs lits. L’exportation de ces sédiments vers les environnements en aval exerce un contrôle majeur sur l’évolution du paysage, la dynamique des écosystèmes, la qualité de l’eau, l’infrastructure hydroélectrique et l’utilisation des terres. On considère généralement que les glaciers alpins sont exceptionnellement efficaces pour évacuer les sédiments sousglaciaires, principalement par le biais de canaux d’eau de fonte établis pendant la saison de fonte des glaciers. Par conséquent, les mesures des rendements en sédiments dans les rivières proglaciaires sont souvent utilisées comme une approximation des taux d’érosion glaciaire, en supposant un stockage minimal des sédiments sous-glaciaires.
Cependant, une variabilité interannuelle substantielle dans l’exportation des sédiments a été enregistrée même parmi les glaciers morphologiquement similaires et les processus glacio-hydrologiques sous-jacents et la dynamique du transport des sédiments ne sont que partiellement compris parce qu’ils sont presque impossibles à observer directement. Les composants les plus grossiers des sédiments transportés sont très difficiles à mesurer, même dans les milieux fluviaux en général. L’importance relative du transport de sédiments grossiers ou de charriage n’est pas connue, même s’il peut exercer un contrôle potentiellement important sur l’hydraulique sous-glaciaire et la dynamique de la glace.
Une compréhension incomplète de l’exportation de sédiments complique l’évaluation de la précision avec laquelle les rendements en sédiments proglaciaires reflètent les taux d’érosion et introduit une incertitude dans les prévisions des futurs taux d’exportation de sédiments, qui devraient changer dans un climat en réchauffement avec une perte de masse engagée des glaciers.
L’objectif principal de cette thèse est de fournir les premières mesures continues de la charge de lit et de la charge en suspension exportées sous le glacier par l’écoulement des eaux de fonte d’un glacier alpin, en utilisant les données de transport de sédiments collectées au cours de trois campagnes de terrain étendues au glacier d’Otemma, dans l’ouest de la Suisse. L’accent est mis sur l’acquisition et l’analyse d’ensembles de données sur les flux de sédiments qui se distinguent par leur étendue temporelle, l’absence d’influence des processus proglaciaires et la répartition détaillée entre les sédiments en suspension et les sédiments de charriage. Des méthodes sismologiques innovantes ont été employées pour mesurer le flux de charriage, en conjonction avec des techniques de suivi des particules pour surveiller le transport sous-glaciaire de particules individuelles de charriage.
La thèse comprend trois manuscrits scientifiques.
Le premier manuscrit introduit une nouvelle méthodologie pour suivre les particules individuelles de sédiments de charge de lit, marquées avec des émetteurs radio actifs, à travers les canaux sous-glaciaires sous la glace des glaciers tempérés peu profonds.
Cette approche est appliquée à l’échelle dans le deuxième manuscrit pour évaluer la mobilité du charriage dans la zone marginale du museau du glacier d’Otemma. Ici, l’hypothèse a été émise qu’un large canal sous-glaciaire non pressurisé pourrait causer l’atténuation du transport de sédiments grossiers. Le suivi de 325 particules de charriage grossier de juillet à octobre 2021 a révélé que la mobilité globale des particules était limitée malgré des taux d’exportation de sédiments élevés; 41% des particules ne se sont pas déplacées et seulement 18% ont été évacuées du glacier. Les résultats indiquent que l’évacuation des sédiments grossiers a été inefficace, affichant une dynamique de transport plus cohérente avec les rivières qu’avec les conduits sous-glaciaires pressurisés.
Le troisième manuscrit étudie les modèles d’exportation de sédiments sous-glaciaires au glacier d’Otemma au cours de trois saisons de fonte (2020, 2021 et 2022), en examinant comment les flux de sédiments en suspension et de charge de lit ont répondu aux changements dans le système de drainage de l’eau de fonte sous-glaciaire. L’étude met en évidence une variabilité interannuelle significative dans l’exportation de sédiments qui n’a pas été entièrement expliquée par le seul écoulement des eaux de fonte. Elle révèle l’importance de la charge de lit dans les rendements sédimentaires annuels totaux (jusqu’à un tiers) et en déduit que le développement vers l’amont du drainage sous-glaciaire canalisé a conduit à une augmentation de l’exportation de sédiments.
En synthétisant ces recherches, la thèse met l’accent sur les complexités spatiales et temporelles de la production, de l’entraînement et de l’évacuation des sédiments sous-glaciaires. Elle préconise l’intégration de mesures sismologiques de la charge de lit dans les futures études d’exportation de sédiments et l’inclusion de la dynamique du transport des sédiments en suspension et de la charge de lit dans les modèles numériques d’érosion et d’exportation. Les observations de variations interannuelles marquées dans l’exportation et le transport inefficace de la charge de lit dans la marge du museau du glacier suggèrent que le stockage de sédiments sous-glaciaires peut être significatif, la thèse appelant donc à une approche plus nuancée de l’estimation des taux d’érosion glaciaire en utilisant les rendements en sédiments proglaciaires. Les méthodes développées pourraient également permettre une compréhension beaucoup plus approfondie de l’exportation de sédiments sous-glaciaires en amont de la marge du museau des glaciers alpins.
