Travaux de recherche

Mes recherches visent à observer et comprendre les impacts du changement climatique sur les glaciers de montagne (ensemble des masses de glace à l’exception des calottes polaires antarctique et groenlandaise). En réponse au réchauffement global, les glaciers déclinent et à l’échelle globale contribue à près du tiers de l’élévation actuelle du niveau moyen des mers (qui dépasse aujourd’hui 3 mm/an). Le recul des glaciers modifie le régime hydrologique des régions de montagne ce qui perturbe la ressource en eau de certaines régions arides comme les Andes ou les vallées de l’Himalaya. Une autre motivation pour le suivi des glaciers de montagne est leur rôle d’indicateur et d’intégrateur climatique dans des régions où les séries de température et précipitations sont rares et peu homogènes.

Le spectaculaire recul du Glacier Muir dans région de Glacier Bay en Alaska.

(Crédit USGS / Bruce Molnia).

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Quelles méthodes ?

Pour suivre l’évolution des glaciers, je développe de nouvelles méthodologies utilisant les images satellitaires optiques comme celles de SPOT, LANDSAT ou ASTER. Les mesures satellitaires ont l’avantage de couvrir de vastes zones parfois difficiles d’accès. La région du massif du Mont-Blanc est idéale pour valider ces nouvelles techniques car de nombreuses observations de terrain y sont réalisées dans le cadre du programme GLACIOCLIM. (Collaboration C. Vincent, LGGE).

Vue satellitaire 3D des glaciers du Massif du Mont-Blanc.

(Crédit CNES / Distribution Spot Image).

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Vous trouverez un survol 3D fait à partir de cette image sur YouTube.

Avec les données satellitaires, nous nous intéressons plus particulièrement au suivi de deux variables qui caractérisent l’état de santé du glacier : le bilan de masse et la dynamique des glaciers.

Bilan de masse des glaciers

Les images satellitaires sont classiquement utilisées pour suivre les variations des longueurs et des surfaces glaciaires. Mais ces variations sont difficiles à relier directement aux changements du climat car elles dépendent d’un temps de réponse qui est propre à chaque glacier. Une variable plus pertinente est le bilan de masse du glacier, c'est-à-dire la variation de sa masse (ou au premier ordre de son volume) au cours d’une période donnée. Déterminer le bilan de masse par satellite implique d’abord une mesure précise des variations d’altitude de la surface du glacier. En 2004, nous avons montré que les variations des épaisseurs glaciaires pouvaient être déduites de la comparaison de topographies (ou Modèles Numériques de Terrain = MNT) calculées à partir d’images satellites [Berthier et al., GRL, 2004]. Pour aboutir à une bonne précision, il faut ajuster au mieux les MNT sur les régions stables bordant les glaciers. Aussi, il est crucial d’éviter des biais dans les MNT en fonction de l’altitude. Nous avons observé de tels biais dans la topographie mondiale de la navette spatiale SRTM [Berthier et al., GRL, 2006b]. Nos conclusions invitent à reconsidérer plusieurs études récentes utilisant cette topographie SRTM.

Outre un amincissement accéléré de la Mer de Glace au cours des dernières années, nos données satellitaires ont permis de détecter des fortes pertes de masses dans les régions de l’Ouest himalayens [Berthier et al., RSE, 2007] où les observations spatiales sont corroborées par un suivi de terrain réalisé par l’unité de recherche Great Ice de l’IRD [Wagnon et al., 2007]. Ces études devraient être poursuivies dans le futur pour caractériser la variabilité spatiale des pertes de masse glaciaire à l’échelle de l’ensemble de la chaîne himalayenne.

Une récente étude avec Thierry Toutin (CCRS, Canada) a porté sur les glaciers d’Alaska et a confirmé l’utilité des données SPOT5-HRS [Berthier & Toutin, RSE, 2008]. Dans la continuité de ces travaux, grâce au financement du CNES et en collaboration avec Spot Image, une archive exceptionnelle d’images stéréoscopiques du capteur HRS va être constituée pendant toute la durée de l’année polaire internationale dans le cadre du projet SPIRIT [Spot5 stereoscopic survey of Polar Ice: Reference Images and Topographies]. En savoir plus sur ce projet… ici.

Carte des variations d'épaisseur des glaciers du Massif du Mont-Blanc entre 1979 et 2003.

Un clair amincissement de l’ensemble des glaciers (souvent supérieur à 50 m) est observé à basse altitude.

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Dynamique des glaciers

Une autre variable importante pour caractériser la réponse des glaciers au changement climatique est leur vitesse de déplacement. Cette vitesse peut se déduire de la corrélation de deux images satellites de la même zone acquises à quelques semaines ou quelques mois d’intervalle et parfaitement recalées. Notre technique, développée en collaboration avec le CNES, a montré son efficacité pour les glaciers du massif du Mont Blanc [Berthier et al., RSE, 2005] et nous a permis de caractériser l’effet de la vague de chaleur de l’été 2003 sur les vitesses des glaciers . Un cas particulier de cette technique est la corrélation d’images acquises avec des angles d’incidences forts. C’est alors le mouvement vertical de la surface de la glace qui est observé. Nous avons pu ainsi déterminer les bilans d’énergie et de masse d’un lac sous glaciaire (Grimsvötn) localisé au cœur de la calotte glaciaire du Vatnajökull au Sud-Est de l’Islande [Berthier et al., EPSL, 2006a]. Les mêmes techniques sont utiles pour le suivi des déformations co-sismiques ou des glissements de terrain [Delacourt et al., BSGF, 2007 ; Leprince et al., EOS, 2008].

Dans la continuité de ces travaux, nous travaillons actuellement avec le satellite Taïwanais Formosat-2 qui offre une haute résolution (2 m) et une répétitivité temporelle forte. Suite à des premiers tests réussi, l’agence spatiale Taïwanaise (NSPO) a lancé des acquisitions nombreuses pendant la durée de l’année polaire internationale. Notre objectif est de comprendre le lien entre la dynamique glaciaire et la fonte en surface.

Vitesses de déplacements de la Mer de Glace et du glacier d'Argentière.
Les ronds blancs localisent les observations in situ.

Noter des déplacements supérieurs à 700 m/an (2 m/jour) dans les zones les plus pentues comme les Séracs du Géant.

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Avec qui ?

Je travaille au Laboratoire d’Etude en Géophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS) à Toulouse, au sein de l’équipe cryosphère satellitaire de Frédérique Rémy. En dehors de mon laboratoire, les principales collaborations sont :

· Yves Arnaud, Patrick Wagnon (IRD-LGGE)

· Christian Vincent (CNRS-LGGE)

· Helgi Björnsson et son équipe (Université d’Islande) avec le soutien de Planet Action (Spot Image).

· Garry Clarke (UBC), Brian Menounos (UNBC) au Canada

Pour en savoir plus :

· Un article écrit en janvier 2008 dans Spot Magazine présente les enjeux, les principaux résultats et les perspectives de nos études (PDF)

· Un résumé synthétique de thèse de doctorat (soutenue en 2005) a été publié dans La Houille Blanche et est disponible en PDF.

· Liste de publications.

· Quelques photos de terrain et images satellites.

· Contact : etienne.berthier [at] legos.obs-mip.fr

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