Enjeux sociétaux et questions de recherche

La fonte des glaciers dans tous les massifs du monde, le recul de la banquise autour du Pôle Nord en été et les pertes de masse des grandes calottes polaires sont des phénomènes majeurs, connus de tous, qui illustrent directement et parfois de façon spectaculaire les changements climatiques en cours à l’échelle du globe.

Ces phénomènes ont des conséquences bien réelles et potentiellement négatives qui auront un impact important sur les sociétés et l’environnement sur le long terme :

  • La hausse du niveau des mers représente en effet un enjeu majeur pour les populations des régions côtières et dont les effets progressifs difficilement réversibles impliquent dès à présent de prévoir des investissements dans de nouvelles infrastructures côtières et à plus long terme des déplacements de population.
  • Le réchauffement dans les hautes latitudes nord permettra d’accroître l’exploitation des ressources naturelles (minière, hydrocarbure) du riche sous-sol de ces régions.
  • La diminution de la banquise arctique en été ouvre deux nouvelles voies maritimes (passage du nord-ouest et du nord-est) dont l’intérêt économique est colossal, mais implique aussi des changements sociaux et environnementaux dans les régions traversées.

Plus localement et à plus court terme, les variations de l’enneigement dans les stations de skis, la mise en péril des infrastructures (bâtiments, routes,…) à cause de la fonte des sols gelés en permanence (pergélisols), ou le rapide retrait de glaciers qui alimentent des mégapoles, représentent des enjeux directs et important pour les populations. Indépendamment des grands changements environnementaux, les avalanches, la viabilité des routes en hiver, l’état des ressources en eau en zone de montagne intéressent depuis longtemps les pouvoirs publics et les citoyens.


© Prof. Michael J. Hambrey, 2006

L’étude de la cryosphère dans toutes ces composantes (terrestre, maritime et atmosphérique) et quels que soient les lieux (polaire, montagne,… ) doit donc répondre à ces nombreux enjeux scientifiques et sociétaux.

Terrain Islande

Le devenir des glaciers de montagne, des petites et grandes calottes et leur impact sur le niveau des mers concentrent une forte activité de recherche sur la cryosphère terrestre. L’objectif plus ou moins immédiat de ces recherches est de clore le bilan de masse des quelques 200 000 glaciers éparpillés sur le globe et des deux grandes calottes polaires (Antarctique, Groenland). Pour cela, il est nécessaire d’établir le bilan de masse, année après année, et la télédétection spatiale a un rôle particulier à jouer dans ces régions généralement peu accessibles. Les données des missions altimétriques (laser ICESat, missions radar ESA et depuis peu AltiKa), de la mission gravimétrique GRACE (depuis 2002), l’interférométrie (ERS, ENVISAT, ALOS) ou la photogrammétrie (SPOT5-HRS) ont contribué à affiner notre connaissance de ces bilans.

Comprendre les processus qui expliquent les variations de masse tant dans la composante surface (précipitation, fonte, sublimation, advection de la neige par le vent) que la partie dynamique (vêlage d’icebergs) représente un deuxième objectif fort, car c’est un préalable indispensable à la modélisation numérique et à l’estimation des bilans de masse futurs. Cela passe par des observations spatiales des variables impliquées dans le bilan d’énergie de surface comme l’albédo (MODIS, MERIS, SPOT), la température de surface (MODIS) ou la fonte superficielle (AMSR-E, Sentinel 1a). La détection des précipitations solides reste aussi aujourd’hui un verrou difficile. Plus généralement, une meilleure compréhension des processus nivo-météorologiques permettrait de mieux caractériser les rétroactions cryosphère-climat, et en particulier la rétroaction positive liée à l’albédo de la neige qui est en grande partie responsable de la réponse amplifiée de la cryosphère au réchauffement climatique. L’observation de l’albédo, des variables météorologiques, de la teneur en aérosols de l’atmosphère depuis l’espace permettraient des progrès dans ce domaine qui contribue directement aux questionnements du GIEC.

Enfin, la couverture nivale saisonnière est un autre objet majeur de recherche que ce soit pour des applications hydrologiques, météorologiques ; pour l’étude du sous-sol, de la végétation, ou du climat ; ou pour la prévision du risque d’avalanche, du risque de crues et des ressources en eau en zone de montagne. Quelques soient les régions concernées – des vastes étendues boréales aux vallées des régions montagneuses – déterminer l’épaisseur et la masse du manteau neigeux est absolument essentiel. La télédétection spatiale actuelle apporte cependant aujourd’hui de maigres réponses à ce sujet, car surtout limitée à la cartographie des surfaces enneigées par les capteurs optiques à large champ (MSG-SEVIRI, AVHRR, VGT), haute résolution (SPOT, LANDSAT, ASTER, Pléiades et bientôt Sentinel-2A), ou par les micro-ondes passives à l’échelle continentale (AMSR-E, SSM/I). En complément, améliorer l’observation des propriétés internes du manteau neigeux (contenu en eau, densité, caractéristique des grains, présence de glace, …) sur le terrain et depuis l’espace par radar actif (Radarsat-2, TerraSAR-X) ou radiomètre micro-onde passive  suscite aussi de nombreux travaux qui permettent de mieux modéliser l’évolution du manteau et apparaissent comme une voie complémentaire pour estimer indirectement l’épaisseur du manteau.

Au-delà de la cryosphère continentale, l’étude de la banquise partage des problématiques de recherche communes autour du rôle radiatif de la couverture neigeuse par exemple.

Quel que soit l’objet de la cryosphère étudié, des progrès méthodologiques sont encore nécessaires. Le mouvement vers l’assimilation de données, c’est-à-dire, la combinaison optimale des observations spatiales, des rares mais précieuses observations in situ et des modèles descriptifs de la cryosphère apparaît comme la voie ultime, bénéficiant du meilleur de chacune des approches. Ceci implique toutefois à court terme des efforts sur le développement de modèles de la physique de la mesure (e.g. modèle de transfert radiatif) qui permettent de relier les caractéristiques du milieu aux observations spatiales. Ces connaissances fondamentales des interactions onde électromagnétique-milieu sont souvent source d’une meilleure compréhension du fonctionnent du milieu étudié.

Contacts

Marie Dumont
marie.dumont@meteo.fr

Simon Gascoin
Cesbio
@S.Gascoin

Applications

Vue 3D du glacier Myrdalsjokull (Islande)
Vue 3D du glacier Myrdalsjokull (Islande)
  • Projet SPIRIT (Spot5 stereoscopic survey of Polar Ice : Reference Images and Topographies) est un projet de cartographie des glaces des régions polaires grâce à des images et des modèles numériques de terrain du capteur Spot5-HRS. Les acquisitions se concentrent sur les marges des calottes antarctiques et groenlandaises et sur les glaciers des hautes latitudes. Depuis l’année polaire internationale (2007-2009), durant laquelle ces données ont été distribuées gratuitement, plus de 80 publications exploitent les données SPIRIT à ce jour (2014). Une nouvelle compagne d’acquisition d’images Spot5 a été effectué depuis novembre 2013.
    Plus d’informations sur www.legos.obs-mip.fr
    > Téléchargement des produits SPIRIT sur https://theia.cnes.fr

  • Projet SPAMN (SPot pour le suivi Alpin du Manteau Neigeux) : dynamique nivale saisonnière en milieu préalpin et alpin français, phénologie végétale et risque en montagne. Ce projet rassemble plusieurs laboratoires grenoblois pour l’évaluation et l’utilisation des produits SPOT4-TakeFive (téléchargeables depuis http://spirit.cnes.fr/take5) en nivologie et écologie végétale sur les Alpes. Les réflectances SPOT4 ont dans un premier temps été comparées à des mesures in situ au-dessus du manteau neigeux nous permettant de mieux connaître leur précision. Elles ont été également utilisées afin de quantifier la variabilité du manteau neigeux au sein des pixels moyenne résolution de l’imageur MODIS. Dans un second temps, les réflectances Spot4, complétées par Landsat8, ont permis de créer des cartes d’enneigement à l’échelle du massif (superficie et fraction de couverture) pour la validation d’un modèle de déneigement. Enfin, une étude comparative a été menée avec la moyenne résolution de MODIS et SPOT-VEGETATION. Les résultats acquis sont consultables sur le site http://www.cesbio.ups-tlse.fr/multitemp/?p=4255. Ce projet est poursuivi dans le cadre du Programme Spot5-Take5 (avril-août 2015) avec le soutien du TOSCA-CNES/ESA.

Thèses