Des glaciers aux lacs, sur les traces de l’eau

Les glaciers alpins reculent rapidement partout dans le monde, et leur perte de masse s’accélère. Dans plusieurs régions montagneuses, le recul est maintenant suffisamment rapide pour que la disparition de la majorité des petits glaciers au cours de ce siècle soit devenue le scénario le plus réaliste. Or, leur disparition ne signifie pas seulement la perte d’une masse de glace. Ces glaciers participent à l’organisation même du cycle de l’eau en montagne : ils alimentent les cours d’eau et les lacs, modulent les échanges avec les eaux souterraines et influencent les zones où l’eau est stockée ou transférée. Quand la glace disparaît, cette architecture hydrologique se transforme elle aussi, parfois de manière non visible depuis la surface. 

Ce sont ces transformations cachées, ces liens indirects entre les glaciers et les ressources en eau en aval qui intéressent Michel Baraër, professeur à l’ÉTS, qui étudie les ressources en eau dans les régions froides. Ses travaux l’ont notamment amené dans les montagnes du Yukon, au pied des glaciers des monts Saint-Élias. Après avoir consacré les dix dernières années à étudier comment fonctionnent les zones glacières et proglacières (zone mise à nu au cours du retrait de celui-ci), son équipe s’intéresse maintenant à une autre question : qu’advient-il de cette eau lorsqu’elle poursuit son chemin sous la surface?

La partie cachée des glaciers

Les travaux de Michel Baraër au Yukon ont mis en évidence la présence de glace massive enterrée dans la zone proglaciaire d’un bassin versant des montagnes Ste-Elias montrant que dans ces environnements, la disparition de la glace visible ne signifie pas nécessairement la disparition immédiate de toute la glace qui constituait le glacier avant son retrait. 

Lorsqu’un glacier recule, des débris rocheux peuvent recouvrir une partie de la glace qui se trouve encore sous la surface. Cette glace enfouie peut alors subsister beaucoup plus longtemps que la glace visible. Et elle continue de jouer un rôle important dans la circulation de l’eau.

« L’eau ne peut pas passer au travers de la glace massive. Elle doit donc passer au-dessus ou en dessous », explique le chercheur.

Lorsqu’elle s’infiltre sous la glace, l’eau peut pénétrer profondément dans la roche mère, notamment par des fractures. Une partie de l’eau qui disparaît ainsi des cours d’eau de surface poursuit son chemin sous terre. Cette dynamique explique en partie pourquoi les chercheurs constatent parfois un écart important entre la quantité d’eau produite en amont et celle mesurée plus bas dans un bassin versant.

La glace enfouie agit en quelque sorte comme une barrière souterraine qui influence le parcours de l’eau. Elle finira elle aussi par disparaître, mais beaucoup plus lentement que la glace exposée à l’air. Isolée par les débris, elle fond principalement sous l’effet de l’eau de pluie qui s’infiltre dans le sol et transporte avec elle la chaleur accumulée dans les roches.

Il en résulte un système hydrologique particulièrement complexe, où une partie de l’eau est détournée vers le sous-sol par des masses de glace enfouies, invisibles depuis la surface et appelées à disparaître. Les conséquences de cette transformation sur les ressources en eau en aval restent encore difficiles à quantifier. 

De la montagne aux lacs à saumons

Comprendre comment cette glace enfouie contrôle la recharge des eaux souterraines est donc une étape clé pour savoir où va l’eau de fonte et comment sa redistribution souterraine peut, à terme, modifier l’alimentation des écosystèmes et des communautés qui dépendent de cette eau en aval des glaciers.

En collaboration avec les Premières Nations de Champagne et d’Aishihik (CAFN), l’équipe de Michel Baraër cherche maintenant à comprendre si l’eau qui disparaît dans le sous-sol en amont des bassins versants finit par réapparaître plus loin et contribuer à l’alimentation des lacs du territoire traditionnel, notamment ceux où les saumons viennent frayer. La question est importante pour les communautés concernées. Le saumon occupe une place centrale dans leur alimentation et leur culture et la communauté observe depuis plusieurs années des changements dans la quantité de saumons qui remontent les cours d’eau et dans leur qualité. Elles s’interrogent également sur certains polluants présents dans l’eau.

« Nous avons observé des changements très importants en amont, près des glaciers. Nous supposons que ces changements ont aussi des répercussions sur les écosystèmes situés en aval. C’est maintenant l’occasion d’étudier les liens entre les deux », explique Michel Baraër.

Jusqu’à présent, les chercheurs étudiaient la circulation de l’eau à proximité des glaciers, sur quelques kilomètres en aval de leurs sites d’étude. Ils s’intéressent maintenant à des bassins versants couvrant des dizaines de kilomètres carrés, afin de comprendre comment les changements observés en amont se répercutent jusqu’aux lacs situés en aval. Ce changement d’échelle s’appuie aussi sur les connaissances et les observations de longue date des Premières Nations de Champagne et d’Aishihik, qui contribuent à identifier les milieux, les changements observés et les questions prioritaires à étudier. 

L’équipe suivra l’eau depuis le pied des glaciers jusqu’aux lacs, en cherchant à comprendre les différentes voies qu’elle emprunte. Elle combinera les connaissances et observations de CAFN avec les observations sur le terrain, les analyses géochimiques, l’imagerie géophysique, la télédétection par drone et la modélisation hydrologique.

L’objectif n’est pas de réaliser une étude exhaustive de la qualité environnementale des lacs, mais plutôt de comprendre comment les changements dans la circulation de l’eau peuvent modifier les caractéristiques de l’eau qui les alimente.

Les lacs sont alimentés par plusieurs sources d’eau dont les caractéristiques et les proportions varient dans le temps. L’équipe cherche à mieux comprendre la contribution des eaux souterraines d’origine glaciaire à cette alimentation et à déterminer dans quelle mesure elles participent au maintien de conditions froides et relativement stables dans certains lacs à saumons.

Quand la neige devient un facteur de risque

Les glaciers ne sont toutefois pas le seul objet d’étude de Michel Baraër. Une autre partie de ses travaux porte sur le manteau neigeux et les épisodes de pluie sur neige, notamment au campus de Sainte-Marthe.

Les changements climatiques modifient les caractéristiques du manteau neigeux et, par conséquent, sa façon de gérer l’eau. Lorsqu’une importante masse d’air humide (une rivière atmosphérique, par exemple) apporte 50 millimètres de pluie sur un couvert de neige, celui-ci peut agir comme un frein et retenir une partie de l’eau. Mais dans certaines conditions, il peut aussi accélérer l’écoulement en ajoutant à la pluie l’eau provenant de la fonte de la neige.

Ainsi, 50 millimètres de pluie peuvent éventuellement se traduire par une quantité d’eau encore plus importante qui atteint les cours d’eau.

En hiver, cette situation peut favoriser des embâcles de glace particulièrement importants. Lorsque le débit augmente suffisamment pour briser la couverture de glace d’une rivière, de gros blocs peuvent être entraînés par le courant jusqu’à un pont ou un changement de direction du cours d’eau. Si la température chute ensuite, les blocs peuvent se solidifier et former un barrage de glace très localisé.

Ces épisodes, autrefois moins fréquents, sont appelés à devenir plus préoccupants avec l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des événements de pluie hivernale.

Préparer le génie aux changements à venir

Qu’il s’agisse de glaciers qui disparaissent ou de rivières hivernales confrontées à des précipitations liquides plus abondantes, les recherches de Michel Baraër ont un même fil conducteur : comprendre comment les changements climatiques transforment la circulation de l’eau dans les régions froides.

La complexité des processus mis en évidence par l’équipe de Michel Baraer rappelle que, malgré les avancées technologiques, une anticipation complète des conséquences des changements climatiques demeure hors de portée. 

Pour Michel Baraër, cette réalité donne au génie un rôle essentiel.

« Avec les changements climatiques, on joue avec le feu. Certaines conséquences apparaissent avant même que l’on comprenne pleinement les mécanismes qui les provoquent. C’est particulièrement vrai dans les régions en déglaciation, où les effets du retrait glaciaire peuvent se propager bien au-delà des glaciers eux-mêmes. À terme, notre société devra réduire drastiquement son impact sur l’environnement, en particulier ses émissions de carbone. »

C’est précisément là que la formation en génie devra faire la différence. Comprendre les systèmes complexes à grande échelle, anticiper leurs transformations, concevoir des solutions d’adaptation et être moteur de la transition vers une société décarbonée exigera des ingénieures et ingénieurs capables de travailler à l’interface entre technologie, environnement et société. À l’ÉTS, cette approche s’inscrit notamment dans le développement d’un nouveau programme en génie de l’environnement, ayant l’objectif de former une nouvelle génération de spécialistes capables de répondre à des problèmes qui, demain, ne pourront plus être ignorés.