Ice surfaces of mountain glaciers : importance of liquid water and albedo variability

Importance de l’eau liquide et variabilité de l’albédo sur les surfaces en glace des glaciers de montagne Le changement climatique accélère la fonte de la neige et de la glace et élève la limite pluie-neige en altitude, exposant de plus en plus les surfaces de glace des glaciers de montagne. Cette exposition provoque des rétroactions positives sur la fonte via un albédo de la glace plus faible que celui de la neige, augmentant ainsi l’énergie absorbée. L’un des processus clés affectant l’albédo est l’augmentation de la rétention d’eau liquide en surface de la glace qui est peu étudiée sur les glaciers de montagne. Or l’albédo de surface reste une des principales incertitudes des modèles de bilan énergétique des glaciers car sa variabilité spatio-temporelle est souvent mal documentée. Mieux comprendre cette variabilité et contraindre les modèles nécessite d’une part d’améliorer les méthodologies d’observation et d’autre part de développer une modélisation des interactions eau-glace de surface. L’objectif de cette thèse est donc double, modélisant et observant à fine échelle les effets de rétention d’eau liquide sur l’albédo et le bilan de masse de surface des glaciers.La première partie de ce travail présente une approche de modélisation utilisant le modèle SURFEX/ISBA-Crocus pour étudier les interactions eau liquide-glace nue. Une implémentation spécifique a été développée pour prendre en compte la rétention temporaire d’eau liquide (pluie ou fonte). L’eau peut ainsi s’évacuer ou regeler selon les conditions météorologiques, affectant albédo, profil thermique et bilan de masse. Les tests réalisés sur le glacier du Mera (Népal) révèlent que ce processus a un impact fort, variant fortement selon les conditions saisonnières et météorologiques, et conduisant à des effets contrastés entre régimes dominés par la fonte ou le regel. Le modèle démontre que la rétention d’eau de surface peut influencer significativement le bilan de masse glaciaire jusqu’à 6% annuellement. Ces résultats soulignent que négliger les processus d’eau de surface pourrait conduire à des projections de bilan de masse biaisées sous conditions climatiques changeantes. Cette étude révèle également la nécessité de distinguer l’albédo de glace regelée de celui de la glace nue et/ou des surfaces d’eau liquide, soulignant ainsi le besoin critique d’observations d’albédo ciblées pour mieux contraindre de tels modèles de processus de surface.C’est pourquoi, la seconde partie de ce travail présente un protocole d’observations de l’albédo de surface sur le glacier Zongo (Bolivie), via des photos numériques validées par plusieurs instruments de référence (CNR1, Solalb, capteurs lumineux). Les comparaisons instrumentales révèlent de bonnes performances sous conditions optimales (angles zénithaux <20°) mais également certaines limites liées aux incertitudes de géolocalisation ou la sensibilité à l’angle zénithal solaire. Nos travaux montrent également une hétérogénéité spatiale significative de l’albédo, avec des valeurs variant de 0,10 à 0,24 sur l’ensemble de la zone d’ablation. Enfin, nous observons des désaccords parfois significatifs entre mesures spectrales de l’albédo ou mesures par bande, révélant certaines limites de la méthodologie mise en place.Cette thèse, alliant modélisation et méthodologie d’observation, apporte des éléments clefs pour notre compréhension des processus de surface glaciaire et fournit des outils pour améliorer nos simulations de l’évolution future des glaciers.