Analyse de la dynamique des glaciers himalayens et alpins à partir de 40 ans de données d’observation de la Terre

par Amaury Dehecq

Thèse de doctorat en Sciences et techniques de l'information et de la communication, traitement de l’information

Sous la direction de Emmanuel Trouvé et de Noël Gourmelen.

Le président du jury était Jean-Marie Nicolas.

Le jury était composé de Etienne Berthier, Tobias Bolch, Antoine Rabatel.

Les rapporteurs étaient Pierre Grussenmeyer, Massimo Menenti.


  • Résumé

    Les glaciers de montagne ont un impact sociétal important que ce soit à l'échelle locale où ils influencent les ressources en eau et l'attractivité touristique d'une région, ou à l'échelle mondiale en contribuant au niveau des océans. Par ailleurs, les glaciers de montagne sont extrêmement sensibles aux variations climatiques et sont donc des indicateurs pertinents des évolutions climatiques passées et présentes, en particulier du réchauffement global.Une meilleure compréhension de la réponse des glaciers à ces changements, ou dynamique, est nécessaire afin d'estimer leur contribution au système Terre et leur évolution future. Les satellites d'observation de la Terre, par leur couverture globale et des acquisitions régulières, représentent un atout formidable pour suivre l'évolution des glaciers. L'archive à disposition est considérable et celle à venir promet d'être encore plus importante. Il est donc indispensable de développer des méthodes pour traiter cette masse de données.L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre la réponse dynamique des glaciers du Pamir-Karakoram-Himalaya (PKH) et des Alpes aux changements climatiques actuels en mettant à profit les 40 années de données satellitaires disponibles. Dans un premier temps, nous avons développé une chaine de traitement semi-automatique qui permet de mesurer les vitesses annuelles de surface d'écoulement des glaciers par corrélation d'images à partir d'une archive satellitaire. Grâce à la redondance des acquisitions, il est possible d'obtenir des champs de vitesse plus complets, plus robustes et d'estimer statistiquement l'incertitude. L’application de ce traitement à l’archive Landsat a permis d’obtenirdes champs de vitesse pour l’ensemble de la région du PKH (~92 000 km2) sur la période 1998-2014et sur les Alpes (~2 000 km2, période 1999-2014) avec une couverture de 60-80 % et une incertituded’environ 4 m/an. Des champs de vitesse ont également été obtenus de manière moins systématique sur la période 1972-1998 pour le PKH. Dans un second temps, l'analyse des variations de vitesse sur ces périodes a montré un ralentissement des glaciers sur l'ensemble des deux chaines de montagne, en lien avec un amincissement des glaciers sur la même période. Les variations de vitesse sont très contrastées spatialement et sont cohérentes avec les motifs observés pour les variations d'épaisseur. En particulier, les glaciers du Karakoram et du Kunlun qui sont stables ou gagnent de la masse sur cette période montrent également des signes d'accélération, alors que les zones d'amincissement le plus important (Himalaya occidental, Nyenchen Tangla, Alpes) sont celles ou le ralentissement observé est le plus fort. Il semble donc que les variations de vitesse observées soient conditionnées au premier ordre par un signal climatique.

  • Titre traduit

    Analysis of himalayan and alpine glaciers dynamic with the use of 40 years of Earth's observation data.


  • Résumé

    Mountain glaciers have a high societal impact, first at a local scale since they influence the water ressources and the touristic attractivity of a region, but also at a global scale, being major contributors to the present sea-level rise. Moreover, mountain glaciers are sensitive to climate forcing and are thus relevant indicators of past and present climate change and particularly present global warming. It is thus important to analyse the dynamic of these glaciers and quantify the changes that are affecting them so that their contribution to the Earth system and their future evolution can be better estimated. Satellite Earth Observation imagery, with its global coverage and repeated acquisition, represents a unique tool to quantify temporal changes affecting glaciers. The available archive is huge and the flux of new data will increase it even more.It is thus necessary to develop new methods to process this large archive.The objective of this thesis is to quantify the dynamic response of mountain glaciers in the Pamir-Karakoram-Himalaya (PKH) and in the Alps to a changing climate, with the use of the 40-year long satellite archive. We first developped a semi-automated processing chain to derive annual ice flow velocities from feature-tracking of satellite images. The chain takes advantage of the redundancy in the archive to obtain more spatially complete and robust velocity fields and to statistically estimate the uncertainty. Application to the Landsat archive leads to the determination of an unprecedented velocity field for the entire PKH region (~92 000 km2) for the period 1998-2014 and over the Alps (2 000 km2, period 1999-2014) with a coverage of 60-80 % and a mean uncertainty of 4 m/yr.. Flow velocities have been derived less systematically for the period 1972-1998 over the PKH. Secondly, the analysis of velocity changes show a slow-down of the glaciers for most of the 2 regions. The velocity changes are spatially contrasted and coherent with the patterns of elevation changes. In particular, glaciers in the Karakoram and West Kunlun that are stable or advancing show also a clear speed-up, whereas regions where thinning is the most important (Western Himalaya, Nyenchen Tangla, Alps) show the most important slow-down. The observed velocity changes is thus primarily determined by a climatic signal.


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