L’hydrologie, la géochimie et la météorologie du petit bassin versant glaciaire à pergélisol continu du glacier Austre Lovén (10 km2, Spitsberg occidental, 79°N) ont été étudiées au cours des trois années hydrologiques 2010, 2011 et 2012 en vue de mieux définir le rôle des eaux souterraines de la nappe supra-pergélisol dans les flux d’eau et de solutés en sortie de bassin.Le travail de thèse a montré que la période d’écoulement survient en moyenne sur une période de 141 jours (σ = 4,5 jours) comprise entre les 9-10 mai et 26-27 octobre. La lame d’eau moyenne est de 0,940 m.a-1 (σ = 0,156 m.a-1) et se répartie à 79 % en eau de fonte (54 % de fonte de neige et de glace sur le glacier, 18 % de neige sur les versants et 7 % de neige dans la zone proglaciaire), 18 % en hauteurs de précipitation efficace et 3 % en décharge sous-glaciaire pérenne. Les incertitudes sur la quantification des composantes de l’écoulement et de la lame d’eau écoulée elle-même ne permettent pas une quantification plus précise des flux en eau de la nappe supra-pergélisol. Cette étude montrerait donc qu’en termes de flux d’eau, la composante d’eau souterraine supra-pergélisol pourrait être négligeable et ne constituer qu’un réservoir de transit de l’eau. En effet, le suivi piézométrique montre que la nappe dégèle et regèle à des profondeurs similaires malgré la présence d’épisodes de recharge. Ces recharges qui surviennent majoritairement au profit d’épisodes pluvieux importants (hauteurs cumulées sur 2 à 8 jours supérieures à 20 mm) se déchargent lentement par une alimentation de la rivière par la nappe. Les suivis thermiques du sous-sol ont enfin permis d’établir que le toit du pergélisol supposé se situe à une profondeur de 2,50 m pour une puissance de nappe pouvant atteindre plus d’1,70 m, soit 70 % de la couche active. Par ailleurs, les données thermiques montrent des températures du sous-sol à moins de 0,5°C de la température de dégel, laissant supposer une dégradation prochaine du pergélisol avec par conséquent un accroissement de l’épaisseur de l’aquifère de la nappe supra-pergélisol (couche active).Les données de géochimie montrent une augmentation de la minéralisation des eaux de surface du bassin par des contributions d’eau souterraine le long des cours d’eau, preuve que les eaux de la nappe supra-pergélisol impactent les flux de solutés aux exutoires. Les analyses en chimie élémentaire (n = 178) conduites sur les différents composants du système hydrologique montrent que les eaux du bassin possèdent un faciès sulfaté-bicarbonaté calcique à bicarbonaté-sulfaté calcique lié à l’altération des carbonates et des sulfures des moraines récentes et dans l’altération d’aluminosilicates dans les moraines plus anciennes. Les données d’isotopie du strontium (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr  ; n = 8) corroborent un apport du calcium dissous par les aluminosilicates de par leur signature radiogénique. Les teneurs en ¹³C du CID des eaux (n = 30) sont cohérentes aussi bien avec un système ouvert sur le CO₂ du sol (à -20 ‰) et le CO₂ atmosphérique (entre -6,5 et -8 ‰) qu’avec un système fermé sur le CO₂ où la signature de δ ¹³C des carbonates marins (à 0 ‰) peut s’imposer par dissolution. Les données d’isotopie de la molécule d’eau (n = 592) ont permis d’identifier les signatures des différentes familles d’eau composant l’hydrosystème et de proposer un modèle de mélange entre 4 pôles expliquant les signatures des eaux aux exutoires du bassin versant : eaux de fonte, précipitations estivales, eaux sous-glaciaires et eaux de la nappe supra-pergélisol. Le couplage entre les teneurs en ¹⁸O et SO²₄⁻ des eaux aux exutoires confirme ce modèle de mélange, le renforçant même en termes de variations temporelles. La mesure de ³H-³He tendrait vers un temps de séjour court tandis que les premières mesures d’activité ¹⁴C (n = 15) sont faibles, renseignant une minéralisation des eaux par un carbone ancien. / The hydrology, geochemistry and meteorology of a small, Arctic glacial watershed under continuous permafrost conditions (Austre Lovén glacier catchment area of 10 km2, western Spitsbergen, 79°N) were studied during the three hydrological years 2010, 2011 and 2012 to better define the role of suprapermafrost groundwater on both water and solute fluxes at basin outlet. The runoff period occurs on average over a 141 days period (σ = 4.5 days) between May 9-10 and October 26-27. The mean total discharge is 0.940 m a-1 (σ = 0.156 m a-1) divided into 79 % of meltwater (54 % of snowmelt and icemelt from the glacier, 18 % of snowmelt from the slopes and 7 % of snowmelt from the proglacial area), 18 % of effective summer precipitation and 3% of perennial subglacial discharge. Uncertainties in quantifying the runoff components and the total discharge itself don’t allow more precise quantification of water fluxes from the suprapermafrost groundwater by water balance. This study would so show that the suprapermafrost groundwater component would be negligible in the water balance and only constitute a transit tank for water. Indeed, the potentiometric level monitoring shows that the water-table thaws and freezes at similar depths despite recharge events occurring during summer. Those recharge events mainly occur in favor of important rain events (cumulative amounts on 2 to 8 days higher that 20 mm). The water-table discharges towards rivers. The monitoring of ground temperature indicates that the frozen ground (supposed permafrost) top is located at a maximum depth of 2.50 m for a groundwater thickness reaching up to 1.70 m, or 70 % of the active layer. Thermal data show ground temperatures between 0 and - 0.5°C, close to thaw temperature, which let suppose a permafrost degradation between 2.50 and 3.40 m deep is about to occur due to climate warming. Consequently, the suprapermafrost groundwater aquifer (active layer) is expected to thicken. Geochemical data show an increase of the basin surface water mineralization by groundwater contribution along the rivers, proof of a suprapermafrost groundwater impact on the solutes fluxes at the outlets. Elementary chemical analyses (n = 178) performed on the different components of the hydrological system show that basin waters have a sulfate-bicarbonate calcium to bicarbonate-sulfate calcium type linked to carbonates dissolution and sulfides (pyrite) oxydation in the recent moraines and to aluminosilicates weathering in older moraines. Strontium isotopic data (87Sr/86Sr; n = 8) are consistent with a contribution in dissolved calcium from aluminosilicates according to their radiogenic signature. The ¹³C contents of water DIC (n = 30) are consistent just as well with a system open on the soil CO₂ (at -20 ‰) and the atmospheric CO₂ (between -6.5 et -8 ‰) than with a system closed on the CO₂ where the δ ¹³C of marine carbonates (at 0 ‰) control the δ ¹³C signature by dissolution. Isotopic data of the water molecule (n = 592) are helpful to separate the signatures of the different water masses of the hydrosystem and to propose a 4 end-members mixing model explaining the river water signature: meltwaters, summer precipitations, subglacial water and suprapermafrost groundwater. The coupling between river water contents in ¹⁸O and SO²₄⁻ confirms this mixing model, even reinforcing it in terms of temporal variations. The unique measurement of ³H-³He tends to a short residence time while the first ¹⁴C activity data (n = 15) are low, giving a water mineralization by an old carbon.

The bedrock under Griesgletscher is formed in a bowled-shaped cavity, an overdeepening. This is known to affect the flow of ice and subglacial water by causing inefficient drainage through the overdeepening. This report aims to, from field data, investigate what further consequences overdeepenings might have for subglacial drainage mechanisms and seasonal evolution. A field campaign was performed at Griesgletscher, Switzerland, during the summer 2017. Turbidity, discharge and electrical conductivity were monitored in a proglacial stream throughout the ablation season. 115 water samples were collected for calibration of the turbidity measurements and the relationship between the concentration of suspended sediments in the meltwater and the magnitude of discharge was investigated through simple and multiple linear regression. In addition, ten tracer experiments were conducted by injecting dye in moulins on the glacier tongue, and measuring the fluorescence of the water in the proglacial streams. The results obtained during the field campaign suggest that the main part of the overdeepened area at Griesgletscher is drained via a lateral channel passing around the overdeepening and that subglacial water from the overdeepening is drained at times of high discharge. The driving force for drainage of subglacial water from the overdeepening is suggested to be the gradient created from rising water pressure in the ice above the overdeepening. Results further suggest that subglacial drainage at a part of the adverse slope is inefficient and remains inefficient throughout the ablation season. This differs from the seasonal evolution normally seen at nonoverdeepened glaciers, in which an efficient, channelized system evolves during the course of the season. / Formen på berggrunden under en glaciär är avgörande för flödet av smältvatten och is. Det är vanligt att berggrunden under en glaciär utgör en skålformad fördjupning kallad överfördjupning. Det är sedan tidigare känt att flödet genom överfördjupningar är begränsat och forskning tyder på att smältvatten tenderar att välja kanaler över eller runt överfördjupningen i de fall då sådana finns tillgängliga. Många frågor kvarstår dock gällande vilken betydelse överfördjupningar har för det subglaciala dräneringssystemet och dess säsongsutveckling och antalet fältstudier som berör ämnet är få. Den här rapporten syftar till att, från fältdata, tillföra kunskap om överfördjupningars inverkan på subglacial dränering. Under sommaren 2017 utfördes en fältstudie på Griesgletscher, en överfördjupad glaciär belägen i de Schweiziska alperna. Turbiditet, elektrisk konduktivitet och flöde mättes i en av de proglaciära smältbäckarna. 115 vattenprover samlades in för bestämning av koncentrationen suspenderade sediment och användes för att omvandla mätningar av turbiditet till koncentration av suspenderade sediment. Relationen mellan transport av suspenderade sediment och flöde kunde sedan undersökas genom enkel och multipel linjär regression. I tillägg utfördes tio försök då ett fluorescerande spårämne injicerades i en moulin på glaciärtungan och fluorescensen mättes i smältbäckarna som avrinner från Griesgletscher. Utifrån resultaten kunde Griesgletschers dräneringssystem och dess utveckling kartläggas. De resultat som uppnåtts under fältstudien tyder på att det överfördjupade området av Griesgletscher i huvudsak dräneras via en sidokanal som passerar runt överfördjupningen samt att subglacialt vatten från överfördjupningen främst dräneras vid högt flöde. Drivkraften för dränering av subglacialt vattnet från överfördjupningen föreslås vara den gradient som skapas vid hög avrinning, då vattentrycket i isen ovanför överfördjupningen stiger. Resultatet från de regressionsanalyser som utförts visade sig vara representativt enbart för en del av det överfördjupade området. Tolkningar av resultaten tyder på att det subglaciala dräneringssystemet i detta område var ineffektivt att evakuera smältvatten och förblev ineffektivt under hela smältsäsongen. Detta skiljer sig från den säsongsmässiga utvecklingen som normalt kan ses på glaciärer utan överfördjupning, där ett effektivt kanaliserat dräneringssystem utvecklas under sommaren. Slutligen kunde graden av flöde fastställas som den viktigaste drivvariabeln för koncentrationen av suspenderade sediment i smältvattnet tillsammans med förändringen av flöde, tidigare koncentration av suspenderade sediment och nederbörd.