Trois méthodes de télédétection (Lidar, interférométrie radar satellitaire et photogrammétrie aérienne) ont été appliquées pour quantifier les évolutions spatiales et temporelles de deux glissements argileux (Harmalière et Avignonet, situés dans la région du Trièves, Alpes françaises) en complément d'instrumentation in-situ. Une analyse géomorphologique a été réalisée à partir d'ortho-photos (depuis 1948) et du MNT Lidar filtré. Couplée à des reconnaissances géophysiques, elle a montré que la cinématique différente des deux glissements contigus était partiellement contrôlée par la paléotopographie sur laquelle s'est déposée la couche d'argile. La rugosité directionnelle a permis de distinguer les processus d'érosion résultant de mouvements gravitaires et de ravinement. Une technique de corrélation d'images adaptée aux MNT a été développée pour obtenir les vecteurs de déplacement 3D entre deux acquisitions Lidar (2006 - 2009), avec une attention particulière portée à l'évaluation de la qualité des mesures. La carte des déplacements obtenue montre que la zone la plus active du glissement de Harmalière entre 1981 et 2001 est maintenant relativement lente (déplacement <0.4 m en 3 ans), contrairement à d'autres zones proches montrant des mouvements importants atteignant 3m avec une composante rotationnelle. Pour le glissement d'Avignonet, les déplacements déduits augmentent généralement vers le pied du glissement et peuvent atteindre 1 m. La technique des réflecteurs permanents en interférométrie radar a permis de déterminer de nouvelles valeurs de taux de déplacements (entre 1992 et 2000) en 16 points du glissement, qui sont cohérentes avec les données GPS existantes. Le taux moyen de recul à long terme de l'escarpement principal a été estimé à 1-5 cm/an à Avignonet et entre 7 et 14 cm/an à l'Harmalière. La régression du glissement d'Avignonet semble contrôlée par l'érosion du sommet de la couche d'alluvions compactes reposant sur le substratum. La présence d'une paleovallée du Drac sous le pied du glissement de l'Harmalière pourrait expliquer cette différence de cinématique entre les deux glissements.

Le climat des régions tropicales joue un rôle important dans l'équilibre du système climatique mondial. De ce fait, il apparaît essentiel d'en comprendre le fonctionnement et la variabilité pour appréhender au mieux les effets du changement climatique. Dans les régions tropicales où les projections climatiques montrent un réchauffement important à haute altitude, les glaciers sont les premières victimes de l'augmentation des températures. Mais ils apparaissent également comme des indicateurs précis des variations du climat. Jusqu'à présent, les observations glaciologiques réalisées dans les tropiques internes sur le glacier Antisana 15 ont été utilisées dans de multiples études qui nous ont permis de comprendre les processus physiques qui régissent la fonte des glaciers dans cette région. Cependant ces études n'ont pas pris en compte la représentativité spatiale et temporelle de ces processus à l'échelle de toute la calotte glaciaire. A partir d'observations géodésiques, la présente étude montre l'évaluation spatiale et temporelle de neufs glaciers sur quatre périodes échelonnées durant les cinquante dernières années (1956-2014). Situés sur le cône volcanique de l'Antisana, ces glaciers ont été choisis pour leur orientation et leurs caractéristiques morphologiques. Dans un premier temps, nous avons évalué les observations glaciologiques existantes sur le glacier Antisana15α entre 1995 et 2012. Nos résultats suggèrent la surestimation d'au moins 5 m éq. eau dans le bilan de masse cumulé de ce glacier. Cet excès dans les taux d'ablation est causé par une sous-estimation dans la mesure d'accumulation annuelle, liée à la difficulté à déterminer la couche qui sépare deux années hydrologiques. Dans une deuxième étape, nous analysons les fluctuations géométriques des glaciers : de manière générale il existe une tendance négative avec un taux de perte de -0.5 m éq. eau par an, occasionnant un recul de 38% de la superficie de la calotte glaciaire. Cependant, cette tendance n'est pas régulière. Nous avons mis en évidence un comportement contrasté d'une période à l'autre : certaines caractéristiques attirent l'attention, comme le fait que le bilan de masse soit très déficitaire entre 1956 et 1964 (-1,3 m éq. eau par an) alors que dans une période plus récente (1998 et 2009) les glaciers se trouvent presque en équilibre (-0.2 m éq. eau par an). Durant la période globale, ces glaciers montrent une réponse commune à un signal climatique régional, tandis qu'à l'échelle locale l'exposition aux flux humides combinés aux caractéristiques morpho-topographiques confère un comportement spécifique à chaque glacier. Ce travail est le premier dans les tropiques internes qui détaille la réponse des glaciers face à la variabilité du climat sur plusieurs décennies et qui prend en considération l'influence des facteurs morphologiques sur ce comportement. Cette thèse s'inscrit dans les objectifs scientifiques de l'équipe Great Ice de l'IRD (LMI Great Ice), et participe aux avancées du service de surveillance glaciologique SOERE GLACIOCLIM. / Climate of the tropical regions plays an important role in the balance of the global climate system. Consequently, it appears essential to understand its functioning and variability to apprehend at best the effects of climate change. In tropical regions where climate projections show an important warming at high elevations, glaciers are the first victims of the increase in temperature. But they also appear as accurate indicators of climatic variations. Until now, glaciological observations carried out in the inner tropics on Glacier Antisana 15 have been used in multiple studies that helped understand physical processes controlling glacial melt in this region. However, the latter studies have not taken into account the spatial and temporal representativeness of these processes at the scale of the whole ice cap. Based on geodetic observations, the present study shows the spatial and temporal evaluation of nine glaciers during four periods spread over the last fifty years (1956-2014). Situated in the volcanic cone of Antisana, these glaciers were chosen according to their orientation and morphological characteristics. In a first phase, we evaluated existing glaciological observations made on Glacier Antisana 15α between 1995 and 2012. Our results suggest an overestimation of at least 5 m w.e. of the cumulated mass balance of this glacier. This excess in the ablation rate was caused by an underestimation of the annual accumulation measurement, linked to the difficulty of identifying the layer separating two hydrological years. In a second phase, we analysed the geometrical fluctuations of glaciers: generally there is a negative trend with a loss rate of -0.5 w.e. per year, leading to a retreat of 38% of the ice cap surface area. However, this trend is not constant. We highlighted a contrasting behaviour from one period to the other: some characteristics draw attention, such as the fact that the mass balance was very negative between 1956 and 1964 (-1.3 m w.e. per year) when in a more recent period (1998 to 2009) glaciers were nearly at equilibrium (-0.2 m w.e. per year). During this long period, these glaciers showed a common response to a regional climate signal, while at the local scale their exposure to humid fluxes combined to their morpho-topographic characteristics gave a specific behaviour to each glacier. This work is the first focussing on intern tropics that details glacier response to climate variability over several decades and that considers the influence of morphological factors on this behaviour. This PhD thesis is in line with the scientific objectives of the Great Ice team from IRD (LMI Great Ice), as well as the progress of the glaciological monitoring service SOERE GLACIOCLIM. / El clima de la región tropical juega un rol importante en el balance del sistema climático global, comprender su funcionamiento y su variabilidad es una de las piezas esenciales para entender los efectos del cambio climático. En la región tropical donde las proyecciones climáticas muestran un importante calentamiento a mayor altitud, los glaciares son las primeras víctimas del aumento de las temperaturas y constituyen también los indicadores más precisos de las variaciones del clima. Hasta ahora, en los trópicos internos, las observaciones glaciológicas realizadas sobre el Glaciar Antisana 15α, han sido utilizadas en múltiples estudios que nos han permitido comprender los procesos físicos que gobiernan el deshielo glaciar en esta región. Sin embargo estos estudios no han considerado la representatividad espacial y temporal de estos procesos a escala de todo el casquete glaciar. El presente estudio muestra, a partir de observaciones geodésicas, la evolución espacial y temporal de nueve glaciares en cuatro periodos comprendidos durante en el último medio siglo (1956-2014). Estos glaciares, ubicados en el cono volcánico del Antisana, fueron escogidos en función a su orientación y sus características morfológicas. En una primera etapa hemos evaluado las observaciones glaciológicas existentes sobre el glaciar Antisana 15α entre 1995 y 2012, nuestros resultados sugieren la subestimación de al menos 5 m de agua en el balance de masa acumulado de este glaciar. Este exceso en las tasas de ablación es causado por una subestimación en la medida de la acumulación anual debido a la dificultad que conlleva la determinación de la capa que limita dos años hidrológicos. En una segunda etapa analizamos las fluctuaciones geométricas de los glaciares entre 1956 y 2014, de manera general existe una tendencia negativa con una tasa de pérdida de -0.5 m de agua al año lo que ha ocasionado un retroceso del 38% de la superficie del casquete glaciar. Sin embargo esta tendencia no es continua. Hemos puesto en evidencia un comportamiento contrastado de un periodo al otro, algunas características que llaman la atención son: el balance muy deficitario entre 1956 et 1964 (-1,3 m de agua / año) y en el periodo más reciente (1998 y 2009) en el cual los glaciares se encuentran casi al equilibrio (-0.2 m de agua / año). En el largo plazo, estos glaciares muestran una respuesta común a los una señal climática regional, mientras que a escala local la exposición a los flujos húmedos en combinación a las características morfo-topográficas otorgan un comportamiento específico a cada glaciar. Este trabajo es el primero en los trópicos internos que detalla la respuesta de los glaciares frente a la variabilidad del clima sobre una perspectiva multi-decenal y que considera la influencia que los factores morfológicos tienen sobre este comportamiento. Esta tesis se enmarca en los objetivos científicos del equipo Great Ice del IRD(LMI Great Ice), así como en los alcances del servicio de monitoreo glaciológico SOERE GLACIOCLIM.

Trois méthodes de télédétection (Lidar, interférométrie radar satellitaire et photogrammétrie aérienne) ont été appliquées pour quantifier les évolutions spatiales et temporelles de deux glissements argileux (Harmalière et Avignonet, situés dans la région du Trièves, Alpes françaises) en complément d’instrumentation in-situ. Une analyse géomorphologique a été réalisée à partir d’ortho-photos (depuis 1948) et du MNT Lidar filtré. Couplée à des reconnaissances géophysiques, elle a montré que la cinématique différente des deux glissements contigus était partiellement contrôlée par la paléotopographie sur laquelle s’est déposée la couche d’argile. La rugosité directionnelle a permis de distinguer les processus d’érosion résultant de mouvements gravitaires et de ravinement. Une technique de corrélation d'images adaptée aux MNT a été développée pour obtenir les vecteurs de déplacement 3D entre deux acquisitions Lidar (2006 - 2009), avec une attention particulière portée à l’évaluation de la qualité des mesures. La carte des déplacements obtenue montre que la zone la plus active du glissement de Harmalière entre 1981 et 2001 est maintenant relativement lente (déplacement <0.4 m en 3 ans), contrairement à d’autres zones proches montrant des mouvements importants atteignant 3m avec une composante rotationnelle. Pour le glissement d’Avignonet, les déplacements déduits augmentent généralement vers le pied du glissement et peuvent atteindre 1 m. La technique des réflecteurs permanents en interférométrie radar a permis de déterminer de nouvelles valeurs de taux de déplacements (entre 1992 et 2000) en 16 points du glissement, qui sont cohérentes avec les données GPS existantes. Le taux moyen de recul à long terme de l’escarpement principal a été estimé à 1-5 cm/an à Avignonet et entre 7 et 14 cm/an à l'Harmalière. La régression du glissement d’Avignonet semble contrôlée par l’érosion du sommet de la couche d’alluvions compactes reposant sur le substratum. La présence d’une paleovallée du Drac sous le pied du glissement de l'Harmalière pourrait expliquer cette différence de cinématique entre les deux glissements. / Three remote sensing techniques, Lidar, satellite radar interferometry and aerial photogrammetry are applied to quantify the spatial and temporal evolution of two clayey landslides (Avignonet and Harmalière, located in the Trièves area, French Alps) in complement to in-situ instrumentations. A geomorphological analysis based on Lidar-derived filtered DEM, coupled to analysis of ortho-photos dating back to 1948 and geophysical investigations, shows that the different evolution of the neighbouring landslides could be partly controlled by the paleotopography of the bedrock underlying the clay layer. Directional roughness is shown to help distinguishing between landsliding and gully erosion patterns. Cross-correlation technique adapted to DEMs has been developed to derive 3D-displacement-vectors between two Lidar acquisitions (2006 and 2009), paying attention on measure quality assessment. The displacement map reveals that, at the Harmalière landslide, the main sliding channel, very active from 1981 - 2001, is now relatively slow (< 0.4 m over 3 years), in contrast with four surrounding distinct areas of large movements (up to 3 m) partly with rotational components. At the Avignonet landslide, displacements generally increase towards the toe (up to 1 m near the drainage outlets). Persistent Scatterers Interferometry technique allows to derive new reliable displacement-rates (1992 - 2000) at 16 points of the Avignonet landslide, consistent with GPS time-series. The long-term average headscarp retreat rates are estimated to 1 - 5 cm/y at Avignonet and 7 - 14cm/y at Harmalière. The retreat of the Avignonet landslide seems to be controlled by the erosion of the top of the underlying compacted alluvial layers. The presence of a paleovalley (Drac river) below the Harmalière toe could explain the difference of kinematics between the two landslides.

Les Îles-de-la-Madeleine sont situées dans le golfe du Saint-Laurent et donc sont entourées d'eau salée. En raison d'une absence d'un réseau hydrique de surface important, l'eau douce souterraine est l'unique source d'eau potable pour les Madelinots. L'eau douce souterraine de l'archipel est contenue dans un aquifère perméable de grès rouge et existe sous forme de lentille qui flotte par densité sur l'eau salée souterraine. En raison de cette configuration, l'exploitation de cet aquifère nécessite des stratégies de gestion complexes en raison de sa vulnérabilité à l'intrusion saline dans les puits de pompage. Compte tenu de l'absence d'eau de surface sur l'archipel, l'étude des résurgences d'eau souterraine en milieu marin est essentielle, car elle représente la décharge principale des eaux souterraines. Le terme résurgence d'eau souterraine fait référence à tout fluide qui au terme de son parcours dans l'aquifère émerge en surface dans la mer. L'objectif principal du projet de recherche est de cartographier les résurgences d'eau souterraine aux îles de la Madeleine. Durant l'automne 2020, une campagne de terrain a été menée pour localiser les zones de résurgences à l'aide de relevés infrarouges et photogrammétriques sur trois sites de l'archipel. Les relevés infrarouges aéroportés permettent de localiser des résurgences d'eau souterraine via l'observation de contrastes de température de surface à un temps donné. 13 relevés ont été effectués et des gradients de température significatifs ont été localisés entre 3 et 10 mètres du rivage et des gradients de température plus faibles ont pu être observés plus au large. L'instrumentation d'une plage d'un des sites d'étude avec des systèmes de piézomètres multiniveaux a statué la présence d'un écoulement souterrain vers la mer, validant la présence de résurgences d'eau souterraine dans le milieu marin. Malgré l'apparente simplicité de la méthode, l'interprétation de ces relevés infrarouges s'est avérée difficile. Le défi principal de l'interprétation des relevés est que l'étendue et la signature thermique des résurgences dans le contexte des îles étaient inconnues. Afin d'étayer l'analyse, des simulations numériques ont été réalisées avec le modèle Heatflow-Smoker qui simule le transport couplé de chaleur et de masse. Un domaine 2D de 300x35m a été développé pour représenter une lentille d'eau souterraine dans une zone côtière. Le modèle est informé par les données recueillies durant la campagne de terrain. La température de surface du milieu marin est calculée à partir des sorties du modèle hydrogéologique, combinées à un bilan analytique d'énergie thermique de surface. Le scénario de base représentant un contexte hydrogéologique similaire à celui des îles de la Madeleine a confirmé la présence de résurgence via le transport de chaleur avec une étendue à proximité de la côte (~5 m). Une étude paramétrique a été réalisée par la suite pour évaluer l'impact de différentes variables sur les résurgences d'eau souterraine en régime permanent et transitoire. La bathymétrie, les milieux humides et l'écoulement souterrain horizontal se sont avérés être des facteurs d'influence importants sur l'étendue et la signature thermique des résurgences d'eau souterraine. À la lumière de ces résultats, démontrer une corrélation entre les résurgences et la température de surface d'un milieu marin est possible, mais nécessite un cadre d'interprétation rigoureux pour valider la présence de résurgences. / The Magdalen Islands in the Gulf of St. Lawrence are surrounded by salt water, and because of a lack of surface water, fresh groundwater is the only source of drinking water for its inhabitants. Fresh groundwater in the archipelago is contained within a permeable red sandstone aquifer, and exists as a lens that overlies the denser saline groundwater. Because of this configuration, exploitation of this aquifer requires complex management strategies due to potential saline intrusion in the pumping wells. Given the absence of any surface water bodies on the archipelago, the study of submarine groundwater discharge (SGD) is essential since it represents the main natural discharge for groundwater. SGD is driven by differences in hydraulic head, and causes fresh groundwater to flow from the aquifer into the marine environment. Interest in studying submarine groundwater discharge (SGD) around the archipelago has recently increased due to its potentially significant effects on marine ecosystems, contaminant pathways, as well as on the refinement of water budgets for the islands' groundwater resources. The main objective of this study is to map the SGD at the Magdalen Islands using thermal infrared remote (TIR) sensing. During the autumn of 2020, an experimental field campaign was conducted to locate potential SGD zones using infrared and photogrammetric surveys at three different sites on the archipelago. Unmanned aerial thermal infrared surveys can detect SGD based on temperature contrasts at a given time in marine environments. Thirteen surveys were carried out and significant temperature gradients were located 3 to 10 meters from the shore while smaller temperature gradients were observed further from the shore. Some multilevel piezometers were installed on a beach at one of the study sites (Ch.du Bassin Est, île de la Grande-Entrée) and showed small hydraulic gradients, validating limited groundwater flow rates into the marine environment. Despite the apparent simplicity of the method, the interpretation of these surveys has proven challenging, including unexplained seasurface temperature (SST) contrasts as well as the extent of the SGD. In order to support the analysis, numerical simulations were conducted with the Heatflow-Smoker model which simulates coupled density-dependent flow, heat and mass transport. A 300x35 m vertical 2D domain is used to represent a groundwater lens in a coastal area with saltwater intrusion and is informed by data collected during the field campaign. SST is computed from the 2D hydrogeological model results, combined with an analytical sea surface thermal energy budget. The base case scenario representing a hydrogeological context similar the Magdalen Islands confirmed small SGD locations close to the shore. A parametric study was performed to evaluate the impact of different variables, including bathymetry, coastal swamps, and physical parameters, on SGD and SST, under steady state and transient tidal conditions. Bathymetry, swamps and horizontal groundwater flow showed to be the important drivers of SGD. In light of the results, proving correlations between SGD and SST is possible but requires a rigorous interpretation framework to validate the presence of SGD.