L'appui des nouvelles technologies en hydrologie proglaciaire

Des changements cryosphériques difficiles à quantifier

Les massifs de haute montagne stockent de grandes quantités d’eau sous forme solide, principalement dans les glaciers. Sous l’effet des changements climatiques, ceux-ci subissent une perte de masse depuis plusieurs décennies. Ce retrait glaciaire affecte fortement les services écologiques fournis par les vallées alpines, notamment la disponibilité des ressources en eau dans les régions situées en aval. Le retrait glaciaire influence en effet la capacité des glaciers à stocker les précipitations hivernales et à les relâcher sous forme liquide pendant l’été.

S’ils représentent souvent la masse de glace la plus importante d’une vallée glaciaire, les glaciers ne sont pas les seuls éléments à stocker de l’eau sous forme de glace. On retrouve ainsi des glaciers couverts de débris, des glaciers rocheux (mélange de roche et de glace), des glaces enterrées (souvent des vestiges d’anciens glaciers retirés) et du pergélisol (sol gelé en permanence). Ces éléments, dits « cryosphériques », subissent eux aussi l’impact des changements climatiques et voient leur rôle hydrologique s’altérer. Difficiles d’accès et souvent enterrés sous des débris rocheux, ces éléments demeurent peu étudiés et leur rôle hydrologique précis n’est pas encore complètement compris.

Glace apparente sur le glacier couvert de débris

Des mesures difficiles qui exigent de nouvelles technologies

Depuis 7 ans, l’équipe du professeur Baraër, membre du HC³, étudie le comportement hydrologique des vallées glaciaires des monts St-Elias, sur le territoire des Premières Nations Kluane au Yukon. Le programme de recherche actuel porte sur l’étude d’un complexe cryosphérique représentatif des systèmes présents dans les vallées alpines subarctiques. Celui-ci est situé dans la vallée de Grizzly Creek (ou Shar Ta Ga), dans le parc national et réserve de Kluane. Ce complexe comporte les éléments cryosphériques énumérés ci-dessus qui forment un système hydrologique, alimentant en eau les torrents et aquifères de la vallée. Ces éléments cryosphériques sont interdépendants dans leur évolution et par les écoulements qu’ils génèrent. Ainsi, le glacier couvert de débris se forme au fur et à mesure que le glacier principal se retire et l’eau de fonte générée par ce dernier peut accélérer l’ablation des autres éléments cryosphériques situés en aval.

L’étude de ce complexe a pour but de mieux comprendre les interactions entre les éléments cryosphériques, le comportement hydrologique du système et sa sensibilité aux changements climatiques. Ultimement, les résultats de ces travaux serviront à concevoir des modèles hydrologiques capables de prendre en compte la complexité de ces systèmes et de générer des projections plus solides de l’impact des changements climatiques sur les ressources en eau provenant des vallées glaciaires.

Le terrain au Yukon : un défi logistique et scientifique !

Atteindre cet objectif demande de surmonter plusieurs défis majeurs, comme l’isolement du site d’étude. L’équipe et les matériels doivent être transportés en hélicoptère et il faut camper sur place pour appliquer le programme scientifique. L’instabilité du terrain et la possible présence de faune sur les lieux de mesure compliquent l’accès et les déplacements. Les visites se font entre juin et août afin d’éviter les températures glaciales, mais cela ne garantit pas l’absence de neige. Situé dans un parc national, l’accès au site est limité à 3 semaines par an pour une équipe de 4 personnes maximum. Les instruments de mesure laissés sur place entre deux visites font face à des conditions climatiques extrêmes. Ces instruments doivent être peu énergivores, car la faible luminosité nordique en hiver affecte grandement la capacité des panneaux solaires. Une grande partie des éléments étudiés se situent sous la surface du sol, compliquant leur caractérisation. Les écoulements d’eau sont principalement souterrains, ce qui rend impossibles leur localisation et leur jaugeage par les moyens hydrologiques traditionnels.

L’utilisation de technologies émergentes permet de relever en partie ces défis. Nombre d’entre elles ont été originellement développées pour des secteurs comme l’aérospatiale, la recherche militaire ou encore l’automobile. Lorsque ces technologies deviennent accessibles, notre équipe peut se les approprier pour une application sur notre terrain de recherche.

Les drones en sont un parfait exemple. Au Yukon, notre équipe utilise des drones pour compenser les difficultés d’accès aux sites de mesures. Légers, polyvalents et efficaces en terrain difficile, ils sont employés en imagerie 3D, très utile pour estimer les déformations du terrain.

Utilisation de drone avec caméra infrarouge (gauche) et géoradar (droite)

Couplés à un géoradar, ils peuvent détecter et mesurer les volumes de glace enterrée et caractériser la structure du sous-sol en localisant les couches de composition différentes.

Il est aussi possible de fixer une caméra infrarouge à un drone afin de localiser des zones de contraste thermique dans le torrent. Cela permet notamment de repérer des intrusions d’eaux souterraines (plus froides). Elles peuvent ensuite être échantillonnées afin d’en identifier l’origine. Grâce à leurs propriétés hydrochimiques, on peut ensuite localiser les zones d’écoulement.

Image thermique des sources (en bleu) s’écoulant dans la rivière (en vert)

Le flash Lidar est un autre exemple de conversion technologique. Cet instrument a été initialement développé pour détecter des obstacles sur les futurs véhicules autonomes. Il nous permet ici de mesurer l’évolution morphologique d’un icing, une épaisse couche de glace se formant l’hiver par l’apport d’eau souterraine provenant du système étudié. Le Lidar émet des faisceaux laser vers la zone ciblée et détermine la distance de chaque point de réflexion en calculant le temps de parcours du rayon. Cela permet de produire des nuages de dizaines de milliers de points en moins d’une seconde.

Capture d’un nuage de points 3D par Lidar

La technologie de pointe à la rescousse des milieux naturels

Au-delà des exemples ci-dessus, on constate que l’application des technologies émergentes issues de l’industrie permet à la recherche en terrain naturel de surmonter de nouveaux défis. Ces technologies aident à mieux comprendre le fonctionnement des systèmes naturels fournisseurs de services écologiques aux populations. Alors que ces services écologiques sont fortement affectés par les changements climatiques, la conversion des technologies de pointe à l’étude des milieux naturels peut être vue comme un atout dans la mise en place de mesures d’adaptation.