17 octobre 2022 | Atelier thématique Suivi de la neige
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Enjeux sociétaux et questions de recherche

La fonte des glaciers dans tous les massifs du monde, la diminution de l’extension de la banquise autour du Pôle Nord en été et les pertes de masse des grandes calottes polaires sont des phénomènes majeurs qui illustrent de façon spectaculaire le changement climatique.

Ces phénomènes ont des conséquences bien réelles et potentiellement néfastes sur les sociétés et l’environnement sur le long terme :

• La hausse du niveau des mers représente un enjeu majeur pour les populations des régions côtières. Son évolution progressive, difficilement réversible, implique de prévoir dès à présent une adaptation des infrastructures côtières et, à plus long terme, des déplacements de population.
• Le réchauffement dans les hautes latitudes nord impacte les populations autochtones et met en péril les infrastructures existantes. Il accroît aussi la pression environnementale liée à une exploitation accrue des ressources naturelles (minière, hydrocarbure).
• La diminution de la banquise arctique en été ouvre deux nouvelles voies maritimes (passage du nord-ouest et du nord-est) impliquant des changements sociaux et environnementaux dans les régions traversées.

Localement, les variations de l’enneigement en montagne, la mise en péril des infrastructures (bâtiments, routes, etc.) à cause de la fonte des sols gelés en permanence (pergélisols), ou le rapide retrait de glaciers qui alimentent en eau des mégapoles, constituent autant d’enjeux directs et importants 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.

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

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 quantifier l’évolution des plus de 200 000 glaciers inventoriés sur Terre et des deux grandes calottes polaires (Antarctique, Groenland). Pour cela, il est nécessaire d’établir leur 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 ICESat2, missions radar ESA et AltiKa), des missions gravimétrique GRACE (2022-2017) et GRACE-FO (depuis 2018), l’interférométrie (ERS, ENVISAT, ALOS, TerraSAR-X/TanDEM-X, Sentinel-1) ou la photogrammétrie (SPOT5-HRS, SPOT-6, SPOT-7, Pléiades, ASTER) ont contribué à affiner notre connaissance de ces bilans ainsi que les processus en jeu dans leur évolution. La continuité de ces missions satellitaires est un enjeu fort des prochaines années.

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 (Sentinel-2 et 3, MODIS, SPOT), la température de surface (Sentinel-3, VIIRS) ou la fonte superficielle (AMSR2, Sentinel-1). La détection des précipitations solides reste aussi aujourd’hui un verrou important. 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 et la viabilité du tourisme hivernal. Des vastes étendues boréales aux régions montagneuse, connaître la surface, l’épaisseur et la masse du manteau neigeux s’avère essentiel. La télédétection spatiale actuelle apporte des réponses à ce sujet en particulier pour la cartographie des surfaces enneigées grâce aux capteurs optiques à large champ (MSG-SEVIRI, VGT, MODIS, Sentinel-3), haute résolution (SPOT, LANDSAT, ASTER, Sentinel-2, Pléiades, Venµs), ou par les micro-ondes passives à l’échelle continentale (AMSR2, SSM/I). Récemment, des méthodes ont émergé pour déterminer la hauteur de neige en zone de montagne et l’équivalent en eau en zone boréale. Un enjeu aujourd’hui est d’améliorer l’observation des propriétés internes du manteau neigeux (contenu en eau liquide, densité, caractéristique des grains…) depuis l’espace, ce qui peut être fait par radar (Sentinel-1, Radarsat, TerraSAR-X) ou par radiomètre micro-onde passive.

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, de poursuivre les développements méthodologiques pour automatiser les traitements des données satellites et obtenir des produits de qualité, de même que 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. Les techniques d’intelligence artificielle connaissent actuellement un regain d’intérêt en complément ou remplacement des approches physiques complexes.

Produits Theia sur Neige & Glace

Produits

Altitude de ligne d’équilibre glaciaire annuelle

Produits

Carte d’occupation des sols de la France métropolitaine

Cartographie des surfaces gelées en milieux agricoles

Changements d’altitude des glaciers

Produits

Distribution des épaisseurs de glace, 2017-2018

DSM-OPT | Calcul de Modèles Numériques de Surface à partir d’images stéréo/tri-stéréo Pléiades

CES Theia concernés

Centre d’expertise scientifique

CES Détection des surfaces gelées

Centre d’expertise scientifique

CES Glaciers

Centre d’expertise scientifique

CES Occupation des sols

Centre d’expertise scientifique

CES Réflectance de surface

Centre d’expertise scientifique

CES Surface enneigée

Actualités sur Neige & Glace

Publications

ForM@Ter et THEIA distribuent les modèles topographiques très haute résolution de 140 glaciers mondiaux à travers la collection FAIR PGO

Le Pléiades Glacier Observatory (PGO) a été initié en 2016 par le Centre National des Études Spatiales (CNES), le Laboratoire d’Études Géophysiques et Océanographiques Spatiales (LEGOS) et l’Institut National des […]

Stages

[stage] Évaluation et amélioration du degré de FAIRisation des infrastructures de données THEIA

Un stage pour travailler à la FAIRisation des données THEIA !

Actualités

Un appel à projet et un conseil scientifique renouvelé pour construire l’offre Theia

Un appel à projet Theia et un Conseil scientifique renouvelé veulent donner une nouvelle impulsion au pilotage scientifique du pôle. Prochaine échéance 05 décembre 2023.

Actualités

Nouveaux styles QGIS pour OSO

Utilisateurs QGIS, téléchargez les nouveaux styles OSO pour afficher les classes d’occupation des sols dans votre logiciel.

Applications depuis 2016

• Pléiades Glacier Observatory (PGO) (2016-…). Porteur : LEGOS. En lien avec le CNES, ce programme permet d’acquérir et distribuer gratuitement les modèles numériques de terrain (MNTs) issus des couples stéréo Pléiades pour 140 sites glaciaires distribués à travers le globe. Ces sites ont été couverts en cinq années, au cours de 10 compagnes d’acquisitions estivales (5 dans chaque hémisphère). Depuis 2021, le PGO a basculé en mode revisite. Nous sommes aujourd’hui en mesure de distribuer des cartes de variations d’épaisseur des glaciers déduites de la comparaison de MNTs Pléiades espacés d’environ cinq années. Plus d’info sur : https://www.legos.omp.eu/pgo/
• Projet ANR : REPED-SARIX (2022-2026). Porteur : LISTIC-Annecy. Le projet REPED-SARIX (Recursive Estimation and Prediction of Earth Deformation from SAR Image Time Series) vise à promouvoir le développement méthodologique pour les problèmes d’estimation de déplacement et de prédiction des aléas à partir de séries temporelles d’images SAR, en réponse à l’exploitation opérationnelle de grands volumes d’images SAR disponibles en routine.
• Projet LabEx OSUG@2020 (UGA) : SatICEFY (2022-2024). Porteur : IGE-Grenoble. L’objectif de ce projet est de démontrer la capacité des nouvelles générations de satellites (e.g., missions Sentinel-Copernicus) pour réaliser des produits à valeur ajoutée (altitude de surface, vitesse d’écoulement, altitude de la ligne d’équilibre) pour suivre l’évolution des glaciers à l’échelle régionale. Nous proposons de mettre en place la production systématique de ces produits autour des sites suivis par le SNO GLACIOCLIM permettant d’en évaluer la qualité au regard des mesures in situ.
• Projet CNES-APR : SHARE (2020-2023). Porteur CNRM : Séries cHronologiques d’imAges saR en montagnE avec deux objectifs principaux : la détection de la neige humide dans les séries d’images d’amplitude SAR et l’analyse de cohérence interférométrique SAR pour la cartographie de la couverture neigeuse.
• Projet Agence Spatiale Européenne (ESA) : Glacier Science in the Alps (2021-2022). Porteurs : Uni. Zurich, IGE-Grenoble. Projet qui concerne le développement de produits innovants dérivés de données satellitaires pour servir les intérêts scientifiques et les besoins opérationnels dans la région alpine. L’accent est mis sur les nouveaux algorithmes et les nouvelles techniques afin de créer les séries les plus complètes et plus cohérentes de produits pouvant être dérivés des capteurs satellitaires SAR et optiques pour les glaciers et leur environnement. Les produits suivants sont dérivés pour les Alpes européennes : (1) la couverture de neige sur les glaciers ; (2) la vitesse d’écoulement à la surface des glaciers ; (3) le développement des lacs glaciaires ; (4) les instabilités de versants sur les zones déglacées.
• Projet CNES-APR : MISOSOTIS (2017-2022). Porteur : CNRM. Ce projet a permis de développer les activités d’assimilation de données satellites dans les modèles de manteau neigeux ainsi qu’un modèle de prise en compte des effets du relief complexe sur l’imagerie optique. Des développements ont également été menés sur la télédétection de la neige humide.
• Projet Région AURA : SENSASS. Porteur : CNRM. Simulation de l’Évolution de la Neige Soufflée avec ASSimilation de données. Ce projet vise à développer des simulations à 250 m de résolution avec simulation du transport par le vent et assimilation de données satellites otique. Les données stéréo-Pléiades sont également utilisées pour évaluation des hauteurs de neige.

• Projet ANR : SOSice (2021-2023). Porteur, IGE-Grenoble. Observations spatiales des calottes polaires : changements de masse entre 2013 et maintenant. Le Le projet vise à reconstituer à haute résolution temporelle le flux de glace pour des glaciers du Groenland afin d’affiner leur bilan de masse et d’améliorer les capacités de prévision des modèles.

• Projet CNES-APR : MaISON (2019-2021). Porteur : IGE-Grenoble. Projet qui visait à cartographier les vitesses d’écoulement de la glace à partir d’observations spatiales multi-capteurs (optique & Radar) pour les glaciers de montagne et calottes polaires.
• Projet Agence Européenne de l’Environnement (EEA) : CoSIMS = Copernicus Snow & Ice Monitoring Service (2019-2021). Porteur : Magellium. Ce projet a permis de mettre en place un service opérationnel de cartographie de la neige à l’échelle européenne en s’appuyant sur les outils développés dans le CES surface enneigée.
• Projet CNRS-INSU / PNTS : Nivo3D (2018-2021). Porteur : CESBIO. Ce projet a permis d’évaluer l’apport de la photogrammétrie spatiale pour la modélisation du manteau neigeux par assimilation de carte de hauteurs de neige Pléiades dans le modèle CROCUS.
• Projet ANR : EBONI (2016-2021). Porteur : CNRM . Ce projet portait sur l’impact des impuretés absorbantes sur l’évolution du manteau neigeux saisonnier. L’imagerie optique a été utilisé pour (1) évaluer en détail les modèles de manteau neigeux prenant en compte l’effet des impuretés et (2) mettre en place des algorithmes permettant de retrouver les concentrations en surface de poussières dans la neige à partir de Sentinel-2.
• Projet CNRS-INSU / PNTS : « Reconstruction de données manquantes dans des séries temporelles de mesures de déplacement par apprentissage statistique ». (2019-2020). Porteur : LISTIC. L’objectif était de développer des méthodes de reconstruction des données manquantes, en s’appuyant sur l’analyse de la matrice de covariance temporelle et spatio-temporelle d’une série temporelle de mesure de déplacement.
• Projet CNRS-INSU / PNTS : IRMAA (2019-2020). Porteur : CNRM. Le projet « Indicateurs spatialisés de l’activité avalancheuse par imagerie SAR Sentinel-1 et méthodes d’apprentissage automatique » a permis le développement de méthodes de détection des dépots d’avalanches par imagerie SAR de Sentinel-1 combinées à des méthodes de filtrage de bruits par apprentissage profond.
• Site CNES KALIDEOS Alpes (2016-2020).Porteur : CNRM. Ce projet a permis de construire une archive de produits satellitaires haute et très haute résolution (LANDSAT 6/7, SPOT et Pléiades) sur les Alpes avec un intérêt particulier pour les régions du Mont-Blanc et l’Oisans. Le projet regroupe plusieurs thématiques au-delà des sciences cryosphériques (écologie, glissement de terrain, etc.). Plus d’information sur : https://alpes.kalideos.fr/drupal/fr
• Projet CNES-APR : Observatoire Spatial de l’Enneigement (2016-2018). Porteur : CESBIO. Ce projet a permis de développer de nouveaux produits de télédétection pour caractériser le manteau neigeux en zone de montagne. (i) séries de cartes de surface enneigée à partir des données Sentinel-2 et (ii) cartes de hauteur de neige générées à partir de données Pléiades.

Thèses

En cours

• Reconstruction par télédétection de l’enneigement dans les Alpes et les Pyrénées au cours des 35 dernières années.

Zacharie Barrou Dumont (en cours) | Université Toulouse 3 Paul Sabatier. Simon Gascoin et Jordi Inglada (Dir.)

• Observations spatiales et analyse d’impacts des variations de volume des banquises Arctique et Antarctique.

Marion Bocquet (en cours) | Université Toulouse 3 Paul Sabatier. Sara Fleury et Frédérique Rémy (Dir.)

• Étude de la dynamique des ‘surges’ glaciaires dans les hautes montagnes d’Asie à partir de données satellitaires.

Beraud Luc (en cours) | Université Grenoble Alpes. Fanny Brun et Amaury Dehecq (Dir.)

• Modélisation rétrospective de la dynamique des calottes polaires par méthode d’ensemble et assimilation de données.

Eliot Jager (en cours) | Université Grenoble Alpes. Fabien Gillet-Chaulet et Jérémie Mouginot (Dir.)

• Simulation de l’évolution de la neige soufflée avec assimilation de données.

Ange Haddjeri (en cours) | Université Toulouse 3 Paul Sabatier. Marie Dumont et Matthieu Lafaysse (Dir.)

• Effets du transport de neige par le vent sur le régime thermique des sols et la distribution spatiale des biodiversités dans les milieux ouverts d’altitude : analyse méso-échelle appliquée aux Alpes françaises.

Mathieu Baron (en cours) | Université Grenoble Alpes. Philippe Choler et Matthieu Lafaysse (Dir.)

• Descente d’échelle du vent par méthodes d’apprentissage profond : implications pour la nivologie et ses enjeux.

Louis Le Toumelin (en cours) | Université Toulouse 3 Paul Sabatier. Isabelle Gouttevin et Fatima Karbou (Dir.)

• Télédétection spatiale des dépôts d’Avalanches pour le suivi des zones à risque naturel avalancheux.

Anne Karas (en cours) | Université Toulouse 3 Paul Sabatier. Fatima Karbou et Nicolas Eckert (Dir.)

• Modèles de neurones convolutifs pour la caractérisation et l’analyse de dynamiques en cryosphère par imagerie satellitaire optique et radar.

Matthieu Gallet (en cours) | Université Savoie Mont Blanc. Emmanuel Trouvé, Abdourrahmane Atto, Fatima Karbou (Dir.)

• Sentinel-1 pour le suivi de l’enneigement en montagne

Clémence Turbe (en cours) | Université Toulouse 3 Paul Sabatier. Fatima Karbou (Dir.)

• Inversion de modèles physiques et prédiction de risques naturels avec les réseaux de neurones à partir de séries temporelles de déplacements SAR

Lorenzo Lopez Uroz (en cours) | Université Savoie Mont Blanc. Yajing Yan, Alexandre Benoit (Dir.)

Soutenues entre 2016 et 2022

• Couvertures glacio-nivales et glaciers suspendus : distributions, relations et dynamiques des plus vieilles glaces alpines.

Suvrat Kaushik (2023) | Université Savoie Mont Blanc. Ludovic Ravanel, Emmanuel Trouvé, Florence Magnin et Yajing Yan (Dir.)

• Estimation et fusion de vitesses d’écoulement de surface de glaciers multi-temporelles multi-capteurs

Laurane Charrier (2022) | Université Savoie Mont-Blanc / ONERA. Emmanuel Trouvé, Elise Koeniguer, Yajing Yan (Dir.)

• Changement de masse des glaciers à l’échelle mondiale par analyse spatiotemporelle de modèles numériques de terrain

Romain Hugonnet (2022) | Université Toulouse III. Etienne Berthier et Daniel Farinotti

• Changements multi-décennaux des systèmes glaciaires et périglaciaires dans les Alpes françaises quantifiés par photogrammétrie et relevés géophysiques in-situ.

Diego Cusicanqui (2022) | Université Grenoble Alpes. Antoine Rabatel et Xavier Bodin (Dir.)

• Variabilité saisonnière de l’écoulement des glaciers groenlandais : observations par satellite et modélisation numérique pour étudier les processus moteurs.

Anna Derkacheva (2021) | Université Grenoble Alpes. Jérémie Mouginot (Dir.)

• Apport de la photogrammétrie satellite pour la modélisation du manteau neigeux

César Deschamps-Berger (2021) | Université Toulouse III. Marie Dumont et Simon Gascoin (Dir.)

• Apport de l’imagerie optique « time-lapse » stéréoscopique pour la quantification à haute résolution spatio-temporelle (4D) des dynamiques de versants en montagne.

Guilhem Marsy (2020) | Université Savoie Mont-Blanc. Emmanuel Trouvé, Flavien Vernier et Xavier Bodin (Dir.)

• Assimilation de réflectances optiques satellitaires et de hauteurs de neige in-situ dans des simulations d’ensemble spatialisées du manteau neigeux saisonnier.

Bertrand Cluzet (2020) | Université Toulouse III. Marie Dumont et Matthieu Lafaysse (Dir.)

• Analyse et reconstruction de données manquantes au sein d’images Sentinel-1: application au suivi de déplacement des glaciers du Mont Blanc

Alexandre Hippert-Ferret (2020) | Université Savoie Mont-Blanc. Philippe Bolon et Yajing Yan (Dir.)

• Analyse de time-lapses stéréoscopiques pour la télédétection: application à la surveillance de glaciers alpins.

Hela Hadhri (2020) | Université Savoie Mont-Blanc. Emmanuel Trouvé, Abdourahmane Atto et Flavien Vernier (Dir.)

• Quantification du bilan de masse des glaciers de montagne à l’échelle régionale par télédétection spatiale optique

Lucas Davaze (2019) | Université Grenoble Alpes. Antoine Rabatel et Yves Arnaud (Dir.)

• Spaceborne monitoring of the recent contribution of Andean glaciers to water resources and sea level rise

Inès Dussaillant (2019) | Université Toulouse III. Etienne Berthier et Vincent Favier (Dir.)

• Apport des mesures du radar à synthèse d’ouverture de Sentinel-1 pour l’étude des propriétés du manteau neigeux

Gaëlle Veyssière (2019) | Université Toulouse III. Fatima Karbou et Samuel Morin (Dir.)

• Approches innovantes pour un suivi à haute précision de la couverture neigeuse du Mont Liban.

Charbel Abou Chakra (2019) | Université St Joseph (Liban).

• Influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers des Hautes Montagnes d’Asie : une approche multi-échelle

Fanny Brun (2018) | Université Grenoble Alpes. Patrick Wagnon et Etienne Berthier (Dir.)

• Fusion de données de télédétection haute résolution pour le suivi de la neige

Théo Masson (2018) | Université Grenoble Alpes. Jocelyn Chanussot Mauro Dalla Mura et Marie Dumont (Dir.)

• Assimilation de réflectances satellitaires du domaine visible et proche infrarouge dans un modèle détaillé de manteau neigeux

Luc Charrois (2018) | Université Grenoble Alpes. Emmanuel Cosme et Marie Dumont (Dir.)

• Bilan de masse des glaciers islandais depuis 1945 : reconstruction et relation avec la variabilité climatique

Joaquín Muñoz-Cobo Belart (2018) | Université Toulouse III. Etienne Berthier et Eyjólfur Magnússon (Dir.)

• Application de la télédétection pour la modélisation du manteau neigeux dans le Haut Atlas

Mohamed Wassim Baba (2018) | Université Toulouse III. Simon Gascoin et Lahoucine Hanich (Dir.)

• Altimétrie et radiométrie en Antarctique

Fifi Ibrahime Adodo (2018) | Université Toulouse III. Frédérique Rémy et Ghislain Picard (Dir.)

• Modélisation hydrologique du bassin versant de l’oued Rheraya et sa contribution à la recharge de la nappe du Haouz (bassin du Tensift, Maroc).

Youssef Hajhouji (2018) | Université Toulouse III, Université Cadi Ayyad (Maroc)

• Evaluation de la ressource en eau associée au manteau neigeux sur le Mont Liban à partir d’observations et de la modélisation

Abbas Fayad (2017) | Université Toulouse III. Richard Escadafal, Simon Gascoin et Ghaleb Faour (Dir.)

• Améliorations des estimations d’épaisseur de glace de mer arctique par altimétrie spatiale

Kevin Guerreiro (2017) | Université Toulouse III. Alexei Kouraev (Dir.)

• Dynamiques temporelles et évolution des marges pro-glaciaires et pro-novivales dans les Pyrénées. Apport des données à haute résolution spatiale et temporelle

Renaud Marti (2016) | Université Jean Jaurès, Toulouse II. Dominique Laffly et Simon Gascoin (Dir.)

• Suivi par télédétection optique du bilan de masse des glaciers à l’échelle globale

Vanessa Drolon (2016) | Université Toulouse III. Philippe Maisongrande et Etienne Berthier (Dir.)