Le ruissellement au Spitsberg
Denis Mercier
Avant-propos3
Introduction générale
1. - Problématique5
2. - Le cadre géographique du Spitsberg7
3. - Démarche, méthode et plan de l'ouvrage14
Première partie: Le ruissellement dans le temps
Introduction: un bilan hydrologique favorable au ruissellement?
Chapitre 1 Les entrées du système hydrologique18
1. - Un régime hyétométrique zonal19
1.1. - Le régime annuel20
1.1.1. - L'abondance des précipitations20
1.1.2. - Le gradient pluviométrique20
1.1.3. - La dissymétrie dans l'extension spatiale de la banquise21
1.1.4. - La variation interannuelle des précipitations21
1.2. - Le régime mensuel22
1.2.1. - Régime polaire océanique et polaire continental23
1.2.2. - La variation des régimes mensuels23
1.3. - La nature des précipitations24
1.3.1. - Les précipitations neigeuses25
1.3.2. - L'intensité des précipitations25
2. - Les situations synoptiques pluviogènes29
2.1. - Les situations pluviogènes hivernales29
2.2. - Les rares perturbations printanières29
2.3. - Le temps perturbé estival30
2.3.1. - Le "mauvais temps instable"31
2.3.2. - Le "mauvais temps uniforme"31
2.3.3. - L'advection d'air polaire continental31
2.4. - Les fréquentes perturbations automnales33
3. - La fonte des stocks hérités35
3.1. - La fonte des accumulations nivales35
3.1.1. - La recherche du calendrier de fonte nivale35
3.1.2. - L'estimation du volume de fonte nivale36
3.2. - La fonte des glaciers36
3.2.1. - Les glaciers recouvrent une grande superficie au Svalbard36
3.2.2. - Ces glaciers sont des héritages du Quaternaire37
3.2.3. - Les bilans de masse des glaciers37
3.3. - La fonte de la couche active40
3.3.1. - Un pergélisol hérité, continu et profond40
3.3.2. - Une couche active peu épaisse40
3.3.3. - L'impact du pergélisol41
Conclusion42
Chapitre 2 - Les pertes du système hydrologique43
1. - Un régime thermique zonal44
1.1. - Les températures moyennes annuelles et leurs vicissitudes44
1.1.1. - Existe-t-il une tendance au réchauffement ou au refroidissement au Spitsberg?45
1.1.2. - Qu'en est-il pour le reste de l'Arctique?45
1.1.3. - Existe-t-il une corrélation entre variations thermiques et variations pluviométriques?47
1.1.4. - Comment expliquer ces alternances de réchauffement et de refroidissement?48
1.2. - Deux saisons thermiquement contrastées49
1.2.1. - Le bref été polaire49
1.2.2. - Le long hiver polaire50
1.3. - La variation journalière des températures50
1.3.1. - L'amplitude thermique journalière50
1.3.2. - Les causes des variations thermiques journalières51
1.3.3. - Les conséquences des variations thermiques journalières52
2. - L'évaporation52
2.1. - Le calcul de l'évaporation52
2.1.1. - Les lois générales52
2.1.2. - L'évaporation selon Penman53
2.1.3. - L'évaporation selon Turc53
2.2. - Les variations temporelles de l'évaporation54
2.2.1. - Les variations interannuelles54
2.2.2. - Les variations mensuelles55
2.2.3. - L'évapotranspiration56
2.3. - La sublimation et la condensation57
3. - Les retenues lacustres58
3.1. - Les lacs de retrait glaciaire58
3.2. - Les lacs de retrait marin59
3.3. - Les lacs de fracture59
Conclusion60
Chapitre 3 - Quel bilan hydrologique pour la dynamique du ruissellement?63
1. - Un bilan hydrologique globalement positif64
1.1. - À la recherche du calendrier de l'année hydrologique64
1.2. - Le bilan hydrologique annuel moyen64
2. - Le bilan hydrologique d'un bassin-versant englacé65
2.1. - Les variations annuelles du ruissellement proglaciaire67
2.1.1. - L'abondance annuelle67
2.1.2. - Le bilan annuel de l'écoulement69
2.2. - Les variations mensuelles du ruissellement proglaciaire69
2.2.1. - Les variations saisonnières69
2.2.2. - Le tarissement hivernal69
2.2.3. - L'abondance estivale71
2.3. - Les variations diurnes du ruissellement proglaciaire72
2.3.1. - Les variations imputables aux températures72
2.3.2. - Les variations imputables aux précipitations73
2.3.3. - La nature des apports du ruissellement proglaciaire74
3. - Le bilan hydrologique du bassin-versant non englacé du Zeppelinfjellet75
3.1. - Les problèmes méthodologiques75
3.1.1. - L'estimation de la surface du bassin-versant75
3.1.2. - La mesure des paramètres mésologiques77
3.1.3. - La mesure des débits80
3.2. - Les variations de débit81
3.2.1. - Les variations temporelles81
3.2.2. - Les variations spatiales82
3.3. - L'origine des eaux de ruissellement82
3.3.1. - L'estimation par les lames d'eau82
3.3.2. - L'estimation par les signatures chimique et isotopique85
Conclusion89
Conclusion de la première partie: Un calendrier du ruissellement favorable à l'érosion?91
Deuxième partie: Le ruissellement dans l'espace
Introduction: des paysages marqués par le ruissellement?97
Chapitre 4 - Les versants: entre gélifraction et ruissellement99
1. - Les versants: leur contexte et les méthodes d'étude100
1.1. - Le contexte morphostructural100
1.1.1. - Stratigraphie et lithologie des parois100
1.1.2. - La morphologie des parois100
1.1.3. - La fracturation des parois103
1.2. - La méthode des transects topo-sédimentologiques104
1.2.1. - Les profils topographiques104
1.2.2. - Les mesures sédimentologiques105
1.2.3. - La végétation: indicateur morphodynamique et chronologique105
1.3. - Le traitement statistique des données106
2. - Analyse topo-sédimentologique de quelques versants remarquables106
2.1. - La géométrie des versants107
2.1.1. - La distribution des pentes107
2.1.2. - Les profils108
2.1.3. - Les relations entre les profils et la dynamique des apports110
2.2. - Le granoclassement110
2.2.1. - Les types de granoclassement110
2.2.2. - Les relations entre le granoglassement et la dynamique des apports111
2.3. - La granofabrique115
2.3.1. - L'indice d'aplatissement et l'indice d'allongement115
2.3.2. - L'indice de parallélisme116
2.3.3. - Les relations entre la granofabrique et la dynamique des apports117
3. - La dynamique du ruissellement sur les versants118
3.1. - Le ruissellement pluvial générateur de debris flows118
3.1.1. - Le modelé des debris flows118
3.1.2. - Engelskbukta: un cadre propice aux debris flows118
3.1.3. - Le flanc septentrional du Haavimbjellet122
3.2. - Le ruissellement de fonte nivale123
3.2.1. - Les versants du Scheteligfjellet123
3.2.2. - Les versants du Kiaerfjellet124
3.3. - Le ruissellement superficiel et la gélifluxion126
3.3.1. - Étude comparée d'un versant métamorphique et d'un versant calcaire127
3.3.2. - La base du Zeppelinfjellet129
3.4. - Une dynamique discontinue aux multiples contraintes130
3.4.1. - Les temps de récurrence des diverses modalités du ruissellement130
3.4.2. - Le rôle de l'exposition132
3.4.3. - Le rôle essentiel des paramètres morphostructuraux133
Conclusion134
Chapitre 5 - Les moraines: vestiges glaciaires remaniés par le ruissellement139
1. - Les moraines: leur contexte et les méthodes d'étude140
1.1. - Le contexte morphostructural140
1.1.1. - Les petits bassins-versants et les glaciers de type alpin140
1.1.2. - Les vastes bassins-versants et les glaciers de plateaux140
1.2. - Le contexte glacioclimatique141
1.2.1. - Le recul des glaciers continentaux de type alpin141
1.2.2. - Le recul des glaciers de plateau à front marin141
1.3. - Les méthodes d'étude145
2. - L'analyse de quelques moraines remarquables146
2.1. - Les moraines post-1970 du glacier du Roi sur le versant nord-ouest du Colletthøgda146
2.1.1. - Glace morte et mouvement de masse146
2.1.2. - Réseau de longues ravines parallèles147
2.1.3. - Culot de glace morte et ruissellement en nappe150
2.1.4. - Ravines sinueuses et cônes de déjection150
2.1.5. - Ravines à géométrie variable et à végétalisation embryonnaire150
2.1.6. - Paléoravines enchevêtrées et végétalisées151
2.1.7. - Ravines sinueuses et substrat à empreinte glaciaire151
2.2. - Les moraines du glacier du Roi consécutives au surge de 1948151
2.3. - Les moraines des glaciers continentaux152
2.3.1. - Les moraines du Comfortlessbreen et de l'Uvêrsbreen152
2.3.2. - Les moraines du Pedersenbreen153
2.3.3. - Les moraines des Lovenbreen153
3. - La dynamique du ruissellement sur les moraines156
3.1. - Une dynamique originale156
3.2. - Une dynamique créatrice de formes157
3.3. - Une dynamique fugace à l'échelle géologique158
Conclusion159
Chapitre 6 - Les sandurs: construction et destruction par le ruissellement161
1. - Les sandurs: leur contexte et les méthodes d'étude162
1.1. - Un contexte marqué par des influences glacio-fluvio-marines162
1.2. - Les méthodes d'analyse des sandurs165
2. - L'analyse des sandurs en aval des Lovenbreen166
2.1. - Les milieux minéralisés166
2.1.1. - Le minéral (classe 1)167
2.1.2. - Le minéral en cours de végétalisation (classe 2)167
2.1.3. - Le minéral fossilisant la végétation (classe 3)167
2.2. - Les milieux végétalisés170
2.2.1. - Le milieu végétalisé en cours de minéralisation (classe 4)170
2.2.2. - Le milieu végétalisé humide (classe 5)170
2.2.3. - Le milieu végétalisé sec (classe 6)170
2.3. - Les milieux mixtes 305171
2.3.1 - Les anciens chenaux en cours de végétalisation (classe 7)171
2.3.2. - Le milieu mixte peu végétalisé (classe 8)171
2.3.3. - Le ruissellement en nappe (classe 9)172
2.3.4. - Le ruissellement concentré (classe 10)172
3. - La dynamique du ruissellement sur les sandurs173
3.1. - Les mobilités spatio-temporelles de la dynamique du ruissellement173
3.1.1. - Les mobilités saisonnières173
3.1.2. - Les mobilités interannuelles176
3.1.3. - Les mobilités séculaires176
3.2. - Une dynamique constructive et érosive178
3.2.1. - L'extension horizontale et verticale des sandurs178
3.2.2. - L'érosion latérale et verticale des sandurs178
Conclusion181
Conclusion de la deuxième partie: l'omniprésence du ruissellement dans les paysages183
Troisième partie: essai de quantification du travail géomorphologique du ruissellement
Introduction: la quantification de l'érosion par le ruissellement en milieu polaire186
Chapitre 7 - L'érosion saisonnière du bassin-versant carbonaté du Zeppelinfjellet189
1. - Le transport de fond190
1.1. - Les méthodes d'investigation190
1.1.1. - Les différentes méthodes utilisées190
1.1.2. - L'installation des pièges à sédiments191
1.1.3. - La vidange des pièges à sédiments191
1.2. - Les enseignements191
1.2.1. - Les enseignements d'ordre temporel: le calendrier des transports de fond191
1.2.2. - Les enseignements d'ordre quantitatif192
1.2.3. - Les enseignements des relations entre les débits et les transports de fond193
2. - Le transport des matières en suspension (M.E.S.)194
2.1. - Les méthodes d'investigation194
2.1.1. - Sur le terrain194
2.1.2. - En laboratoire194
2.2. - Les enseignements194
2.2.1. - Les enseignements d'ordre temporel: le calendrier des transports en suspension194
2.2.2. - Les enseignements d'ordre quantitatif195
2.2.3. - Les enseignements des relations entre les débits et les M.E.S.196
3. - Le transport des solutés196
3.1. - Les méthodes d'investigation197
3.1.1. - Sur le terrain197
3.1.2. - En laboratoire197
3.2. - Les enseignements198
3.2.1. - Les enseignements d'ordre temporel: le calendrier des transports en solution198
3.2.2. - Les enseignements d'ordre quantitatif199
3.2.3. - Les enseignements des relations entre les débits et les solutés199
4. - Essai de bilan d'érosion200
4.1. - Le bilan d'érosion du bassin-versant du Zeppelinfjellet200
4.2. - Le calendrier de l'érosion201
4.3. - Quelques éléments de comparaison202
Conclusion204
Chapitre 8 - L'érosion séculaire des moraines207
1. - L'érosion des moraines par des processus périglaciaires et paraglaciaires208
1.1. - Des processus périglaciaires d'une efficacité réduite pour l'érosion des moraines208
1.1.1. - La gélifraction208
1.1.2. - La géliturbation209
1.1.3. - La gélifluxion209
1.2. - Le ruissellement: processus paraglaciaire responsable de l'érosion des moraines210
1.2.1. - Le ruissellement concentré proglaciaire210
1.2.2. - Le ruissellement concentré d'origine nivale210
1.2.3. - La fonte de la glace morte211
2. - Essai de quantification de l'érosion des moraines par le ruissellement212
2.1. - La méthode de quantification212
2.1.1. - Le calage chronologique214
2.1.2. - L'estimation des formes de l'érosion214
2.1.3. - L'estimation de la surface de départ215
2.2. - Les résultats de la quantification215
Conclusion du chapitre 8215
Chapitre 9 - L'érosion plurimillénaire des littoraux217
1. - L'érosion d'une falaise morte par le ruissellement218
1.1. - Le site de Brandal218
1.1.1. - Une côte tournée vers le large218
1.1.2. - Les éléments constitutifs du trait de côte219
1.2. - Les formes témoins du changement220
1.2.1. - La falaise sous l'emprise de la gélifraction220
1.2.2. - Les ravins proglaciaires221
1.2.3. - Les ravines222
1.2.4. - Les cônes de déjection223
1.2.5. - Les loupes de foirages224
1.3. - La quantification de l'érosion affectant la falaise de Brandal225
1.3.1. - La méthode de quantification225
1.3.2. - Les résultats de la quantification228
1.3.3. - Les limites de la quantification228
2. - L'incision des plages soulevées holocènes par le ruissellement229
2.1. - Les plages soulevées de la presqu'île de Brøgger229
2.2. - La mise en place du ruissellement concentré230
2.3. - Vitesses et rythmes des incisions dans les plages soulevées231
3. - Les littoraux meubles et le ruissellement233
3.1. - Variabilités temporelles et spatiales des transports solides233
3.2. - Progradation et transgression sur les littoraux meubles234
Conclusion236
Conclusion de la troisième partie: Le ruissellement dans le concert des processus239
Conclusion générale
Le ruissellement ou la métamorphose des paysages polaires243
1. - Une dynamique du ruissellement limitée dans le temps243
2. - Un impact omniprésent dans l'espace245
3. - Le ruissellement: moteur de la métamorphose des paysages polaires247
3.1. - Un triple impact spatio-temporel247
3.2. - Un relais spatio-temporel de processus assuré par le ruissellement248
3.3. - Une mutation spatio-temporelle de processus assurée par le ruissellement249
4. - Le ruissellement dans les milieux polaires et le Global Change252
Bibliographie255
Tables des illustrations268
Table des figures268
Liste des tableaux270
Table des photographies271
Table des matières272