Les glaciers de montagne ont un impact sociétal important que ce soit à l'échelle locale où ils influencent les ressources en eau et l'attractivité touristique d'une région, ou à l'échelle mondiale en contribuant au niveau des océans. Par ailleurs, les glaciers de montagne sont extrêmement sensibles aux variations climatiques et sont donc des indicateurs pertinents des évolutions climatiques passées et présentes, en particulier du réchauffement global.Une meilleure compréhension de la réponse des glaciers à ces changements, ou dynamique, est nécessaire afin d'estimer leur contribution au système Terre et leur évolution future. Les satellites d'observation de la Terre, par leur couverture globale et des acquisitions régulières, représentent un atout formidable pour suivre l'évolution des glaciers. L'archive à disposition est considérable et celle à venir promet d'être encore plus importante. Il est donc indispensable de développer des méthodes pour traiter cette masse de données.L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre la réponse dynamique des glaciers du Pamir-Karakoram-Himalaya (PKH) et des Alpes aux changements climatiques actuels en mettant à profit les 40 années de données satellitaires disponibles. Dans un premier temps, nous avons développé une chaine de traitement semi-automatique qui permet de mesurer les vitesses annuelles de surface d'écoulement des glaciers par corrélation d'images à partir d'une archive satellitaire. Grâce à la redondance des acquisitions, il est possible d'obtenir des champs de vitesse plus complets, plus robustes et d'estimer statistiquement l'incertitude. L’application de ce traitement à l’archive Landsat a permis d’obtenirdes champs de vitesse pour l’ensemble de la région du PKH (~92 000 km2) sur la période 1998-2014et sur les Alpes (~2 000 km2, période 1999-2014) avec une couverture de 60-80 % et une incertituded’environ 4 m/an. Des champs de vitesse ont également été obtenus de manière moins systématique sur la période 1972-1998 pour le PKH. Dans un second temps, l'analyse des variations de vitesse sur ces périodes a montré un ralentissement des glaciers sur l'ensemble des deux chaines de montagne, en lien avec un amincissement des glaciers sur la même période. Les variations de vitesse sont très contrastées spatialement et sont cohérentes avec les motifs observés pour les variations d'épaisseur. En particulier, les glaciers du Karakoram et du Kunlun qui sont stables ou gagnent de la masse sur cette période montrent également des signes d'accélération, alors que les zones d'amincissement le plus important (Himalaya occidental, Nyenchen Tangla, Alpes) sont celles ou le ralentissement observé est le plus fort. Il semble donc que les variations de vitesse observées soient conditionnées au premier ordre par un signal climatique. / Mountain glaciers have a high societal impact, first at a local scale since they influence the water ressources and the touristic attractivity of a region, but also at a global scale, being major contributors to the present sea-level rise. Moreover, mountain glaciers are sensitive to climate forcing and are thus relevant indicators of past and present climate change and particularly present global warming. It is thus important to analyse the dynamic of these glaciers and quantify the changes that are affecting them so that their contribution to the Earth system and their future evolution can be better estimated. Satellite Earth Observation imagery, with its global coverage and repeated acquisition, represents a unique tool to quantify temporal changes affecting glaciers. The available archive is huge and the flux of new data will increase it even more.It is thus necessary to develop new methods to process this large archive.The objective of this thesis is to quantify the dynamic response of mountain glaciers in the Pamir-Karakoram-Himalaya (PKH) and in the Alps to a changing climate, with the use of the 40-year long satellite archive. We first developped a semi-automated processing chain to derive annual ice flow velocities from feature-tracking of satellite images. The chain takes advantage of the redundancy in the archive to obtain more spatially complete and robust velocity fields and to statistically estimate the uncertainty. Application to the Landsat archive leads to the determination of an unprecedented velocity field for the entire PKH region (~92 000 km2) for the period 1998-2014 and over the Alps (2 000 km2, period 1999-2014) with a coverage of 60-80 % and a mean uncertainty of 4 m/yr.. Flow velocities have been derived less systematically for the period 1972-1998 over the PKH. Secondly, the analysis of velocity changes show a slow-down of the glaciers for most of the 2 regions. The velocity changes are spatially contrasted and coherent with the patterns of elevation changes. In particular, glaciers in the Karakoram and West Kunlun that are stable or advancing show also a clear speed-up, whereas regions where thinning is the most important (Western Himalaya, Nyenchen Tangla, Alps) show the most important slow-down. The observed velocity changes is thus primarily determined by a climatic signal.

L'économie du Pakistan, fondée sur l'agriculture, est hautement dépendante de l'approvisionnement en eau issu de la fonte de la neige et des glaciers du Haut Bassin de l'Indus (UIB) qui s'étend sur les chaînes de l'Himalaya, du Karakoram et de l'Hindukush. Il est par conséquent essentiel pour la gestion des ressources en eau d'appréhender la dynamique de la cryosphère (neige et glace), ainsi que les régimes hydrologiques de cette région dans le contexte de scénarios de changement climatique. La base de données satellitaire du produit de couverture neigeuse MODIS MOD10A2 a été utilisée de mars 2000 à décembre 2009 pour analyser la dynamique du couvert neigeux de l'UIB. Les données journalières de débits à 13 stations hydrométriques et de précipitation et température à 18 postes météorologiques ont été exploitées sur des périodes variables selon les stations pour étudier le régime hydro-climatique de la région. Les analyses satellitaires de la couverture neigeuse et glaciaire suggèrent une très légère extension de la cryosphère au cours de la dernière décade (2000‒2009) en contradiction avec la rapide fonte des glaciers observée dans la plupart des régions du monde. Le modèle « Snowmelt Runoff » (SRM), associé aux produits neige du capteur MODIS a été utilisé avec succès pour simuler les débits journaliers et étudier les impacts du changement climatique sur ces débits dans les sous-bassins à contribution nivo-glaciaire de l'UIB. L'application de SRM pour différents scénarios futurs de changement climatique indique un doublement des débits pour le milieu du siècle actuel. La variation des écoulement de l'UIB, la capacité décroissante des réservoirs existants (barrage de Tarbela) à cause de la sédimentation, ainsi que la demande croissante pour les différents usages de l'eau, laissent penser que de nouveaux réservoirs sont à envisager pour stocker les écoulements d'été et répondre aux nécessités de l'irrigation, de la production hydro-électrique, de la prévention des crues et de l'alimentation en eau domestique. / Agriculture based economy of Pakistan is highly dependent on the snow and glacier melt water supplies from the Upper Indus River Basin (UIB), situated in the Himalaya, Karakoram and Hindukush ranges. It is therefore essential to understand the cryosphere (snow and ice) dynamics and hydrological regime of this area under changed climate scenarios, for water resource management. The MODIS MOD10A2 remote-sensing database of snow cover products from March 2000 to December 2009 was selected to analyse the snow cover dynamics in the UIB. A database of daily flows from 13 hydrometric stations and climate data (precipitation and temperature) from 18 gauging stations, over different time periods for different stations, was made available to investigate the hydro-climatological regime in the area. Analysis of remotely sensed cryosphere (snow and ice cover) data during the last decade (2000‒2009) suggest a rather slight expansion of cryosphere in the area in contrast to most of the regions in the world where glaciers are melting rapidly. The Snowmelt Runoff Model (SRM) integrated with MODIS remote-sensing snow cover products was successfully used to simulate the daily discharges and to study the climate change impact on these discharges in the snow and glacier fed sub-catchments of UIB. The application of the SRM under future climate change scenarios indicates a doubling of summer runoff until the middle of this century. This variation in the Upper Indus River flow, decreasing capacity of existing reservoirs (Tarbela Dam) by sedimentation and the increasing demand of water uses suggests that new reservoirs shall be planned for summer flow storage to meet with the needs of irrigation supply, increasing power generation demand, flood control and water supply.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23429号 / 工博第4884号 / 新制||工||1763(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 田中 茂信, 准教授 田中 賢治, 准教授 佐山 敬洋 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM