La recherche en hydrologie nivale dans les bassins versants partiellement couverts par des glaciers
Les espaces alpins évoluent en permanence. Il est possible d'assister en
direct à la création de nouveaux paysages lors du recul des glaciers. Les
processus engendrant de telles modifications sont relativement rapides, et les
surfaces libérées par les glaciers intéressent beaucoup la recherche.
Nous étudions les processus hydrologiques sur le front du glacier de Damma dans le canton d'Uri dans le cadre de deux projets de recherche
multidisciplinaire s'intéressant à l’émergence de nouveaux terrains et écosystèmes :
BigLink et SoilTrec. Ce qui concerne particulièrement notre équipe est
le couplage entre les facteurs climatiques, la fonte de la neige et de la glace
d'un côté, et les écoulements, la nappe phréatique et l'humidité du sol de
l'autre. Une question
centrale porte sur les conséquences de la croissance des températures et de la
fonte des glaciers à moyen terme sur le bilan hydrologique (fig. 1).
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Fig. 1 : Le bilan hydrologique sur le front du glacier
de Damma dans le canton d'Uri est régi par les processus de fonte de la neige et de la glace. L’eau alimente le lac de Göschernalp, utilisé
pour la production hydroélectrique.
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La fonte de la glace et
de la neige dans le torrent de montagne
Le débit dans le domaine étudié varie énormément en cours de saison (fig. 2).
Bien que le bassin-versant soit occupé à environ 50 % par la glace, la
fonte des neiges constitue une grande partie du débit sortant. C'est uniquement
au mois d'août, lorsqu'une surface importante du glacier est libre de neige que
la fonte de la glace régit la dynamique de l'écoulement. Dans les conditions
climatiques actuelles, la pluie ne contribue que très peu au débit global. Nos
calculs montrent cependant que cette répartition du débit devrait évoluer à
moyen terme avec les changements climatiques attendus.
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Fig. 2 : Le débit en sortie du bassin-versant partiellement couvert par le glacier
varie fortement en cours de saison (en haut). Les modèles numériques montrent
que la fonte de la neige contrôle en grande partie le débit global. Ce n'est
qu'en fin d'été que l'eau de fonte du glacier régit le débit (en bas).
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Des variations quotidiennes similaires à celles
des marées
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Fig. 3 : Les processus de fonte de la neige présentent une évolution diurne
marquée. La diminution du manteau neigeux se fait en marche d'escalier (en
haut). Ces variations quotidiennes se propagent et se retrouvent aussi bien
dans l'humidité des sols (au centre) que dans les débits sortants (en bas).
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En raison des conditions météorologiques ambiantes, la neige et la glace
fondent surtout pendant la journée, de telle sorte que les processus
hydrologiques sont soumis à une évolution diurne très marquée dans le bassin
étudié. La hauteur de neige, notamment, présente une décroissance en marche
d'escalier en cours de fonte (fig. 3). De la même manière, nous observons des variations
nettement liées aux cycles diurnes pour les mesures d'humidité du sol et de
débit sortant. Les fluctuations de niveau du torrent présentent des
caractéristiques similaires à celles des fleuves côtiers influencés par les
marées. C'est pourquoi nous avons pu adapter sans problème des modèles de
nappes phréatiques, développés initialement pour les régions côtières, pour les
applications de notre domaine de recherche.
La nappe phréatique influence
les évolutions sur le front glaciaire
La nappe phréatique sur le front glaciaire transporte des composants
chimiques issus de l'altération des roches. Ces produits d’érosion vont avoir
une influence importante sur les plantes pouvant s'établir dans l'écosystème en
cours de création. C'est pourquoi l'hydrologie du sol joue un rôle décisif dans
la façon dont les paysages évoluent dans les régions de retrait des glaciers.
Cependant, on ne sait encore que relativement peu de choses sur les processus
hydrologiques en haute montagne. Nos recherches contribuent à une meilleure
compréhension de ces phénomènes et permettent de développer de nouvelles
méthodes menant à une meilleure analyse et à une meilleure modélisation de ces
écosystèmes alpins (fig. 4).
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Fig. 4 : La fonte de la neige et de la glace influence le niveau de la nappe
phréatique sur le front du glacier. Les modèles numériques permettent de
représenter la propagation des variations de débit du torrent dans cette nappe
phréatique.
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Pour plus d'informations
Participants au projet
- Florian
Kobierska
- Jan
Magnusson
- Tobias
Jonas
- Bruno
Fritschi
Manfred Stähli
Contact
