Cette thèse étudie les formations quaternaires , molassiques et l'hydrogéologie de la basse vallée de l'Arve.

Les glaciers des Alpes françaises subissent un recul généralisé depuis la fin du Petit Âge Glaciaire (PAG). Dans le contexte actuel d'élévation de la température et du fait des nombreux enjeux auxquels ils sont associés, l'amélioration de leur suivi apparaît indispensable. Avant ce travail, il n'existait pas d'étude exhaustive récente concernant l'ensemble des glaciers des Alpes françaises, les travaux de Mougin et de Vivian datant respectivement du milieu des années 1920 et 1970. L'objectif de ce travail est de dresser un inventaire diachronique des glaciers des Alpes françaises et de leurs marges proglaciaires. Les données de cet inventaire servent ensuite de base à l'étude des modalités du retrait glaciaire depuis la fin du PAG et à l'établissement de méthodes pour détecter les secteurs susceptibles d'être affectés par des instabilités. L'inventaire diachronique des glaciers des Alpes françaises est réalisé à 3 dates : (i) 2006-2009 à partir des orthophotographies récentes de l'IGN, (ii) 1967-1971 à partir des premières éditions des cartes topographiques 1 :25 000 de l'IGN, et (iii) la fin du PAG (pour les massifs du Mont Blanc, de la Vanoise et des Ecrins), en croisant documents anciens et données géomorphologiques acquises sur le terrain et par photo-interprétation. Les données sont organisées dans un Système d'Information Géographique (SIG) qui permet d'associer cartographie et base de données. La superficie des glaciers était de 275 km² en 2006-2009, 369 km² en 1967-1971 et 544 km² à la fin du PAG pour les massifs du Mont Blanc, de la Vanoise et des Ecrins. A l'échelle régionale, les glaciers ont perdu 25 % de leur superficie depuis la fin des années 1960 et 50 % de leur superficie depuis la fin du PAG. La rétraction des glaciers est environ 2,5 fois plus rapide entre 1967-1971 et 2006-2009 qu'entre la fin du PAG et 1967-1971. A l'échelle individuelle, les glaciers ont perdu en moyenne 52 % de leur superficie entre 1967-1971 et 2006-2009, et 115 ont même disparu. A l'échelle régionale comme individuelle, le retrait glaciaire présente des tendances différentes selon les massifs, la taille des glaciers et leur exposition Des méthodes simples, basées sur les données des inventaires des glaciers et des marges proglaciaires sont établies afin d'identifier les lacs potentiellement instables, les secteurs englacés favorables à la formation de futurs lacs, au déclenchement d'avalanches de séracs ou susceptibles d'être déstabilisés en masse, et les marges proglaciaires favorables à l'occurrence de glissements ou de laves de débris. / French alpine glaciers are retreating since the end of the Little Ice Age (LIA). In the context of the increasing air temperature and because of issues that they represent, it is necessary to improve glacier monitoring. Before the present study, the only two inventories covering the entire French Alps were made by Mougin (1925) and Vivian (1975). The main goal of this study is to realise a multi-temporal glacier inventory of glaciers in the French Alps and of their proglacial margins. Data from this inventory are used to study glacial retreat since the end of the LIA and to develop methods to detect sector that could be affected by instabilities. Multi-temporal inventory of French Alpine glacier glaciers is made for 3 dates: (i) 2006-2009, based on IGN recent orthophotographs, (ii) 1967-1971, based on 1: 25 000 IGN topographic maps, and (iii) the end of the LIA (for Mont Blanc, Vanoise and Ecrins massifs), crossing old documents and geomorphologic data based on field work and interpretation of orthophotographs. Data are integrated in a Geographical Information System (GIS), combining mapping and data base. Glaciers in the French Alps covered 275 km² in 2006-2009, 369 km² in 1967-1971 and 544 km² at the end of the LIA for Mont Blanc, Vanoise and Ecrins massifs. At a regional scale, glaciers lost 25 % of their 1967-1971 area and 50 % of their LIA area. Glacier shrinkage between 1967-1971 and 2006-2009 is about 2.5 times higher than between the end of the LIA and 2006-2009. At an individual scale glaciers lost 52 % of their area between 1967-1971 and 2006-2009, and 115 disappeared. At regional or individual scale, different trends in glacier shrinkage are observed according to the massifs, size and aspect of the glaciers. Simple methods, based on glaciers inventory and proglacial margins data, are developed in order to identify potential unstable lakes, glaciated sectors prone to glacier lake formation, ice avalanche triggering or mass destabilization, and proglacial margins where sliding or debris flows could occur.

Les glaciers des Alpes françaises subissent un recul généralisé depuis la fin du Petit Âge Glaciaire (PAG). Dans le contexte actuel d'élévation de la température et du fait des nombreux enjeux auxquels ils sont associés, l'amélioration de leur suivi apparaît indispensable. Avant ce travail, il n'existait pas d'étude exhaustive récente concernant l'ensemble des glaciers des Alpes françaises, les travaux de Mougin et de Vivian datant respectivement du milieu des années 1920 et 1970. L'objectif de ce travail est de dresser un inventaire diachronique des glaciers des Alpes françaises et de leurs marges proglaciaires. Les données de cet inventaire servent ensuite de base à l'étude des modalités du retrait glaciaire depuis la fin du PAG et à l'établissement de méthodes pour détecter les secteurs susceptibles d'être affectés par des instabilités. L'inventaire diachronique des glaciers des Alpes françaises est réalisé à 3 dates : (i) 2006-2009 à partir des orthophotographies récentes de l'IGN, (ii) 1967-1971 à partir des premières éditions des cartes topographiques 1 :25 000 de l'IGN, et (iii) la fin du PAG (pour les massifs du Mont Blanc, de la Vanoise et des Ecrins), en croisant documents anciens et données géomorphologiques acquises sur le terrain et par photo-interprétation. Les données sont organisées dans un Système d'Information Géographique (SIG) qui permet d'associer cartographie et base de données. La superficie des glaciers était de 275 km² en 2006-2009, 369 km² en 1967-1971 et 544 km² à la fin du PAG pour les massifs du Mont Blanc, de la Vanoise et des Ecrins. A l'échelle régionale, les glaciers ont perdu 25 % de leur superficie depuis la fin des années 1960 et 50 % de leur superficie depuis la fin du PAG. La rétraction des glaciers est environ 2,5 fois plus rapide entre 1967-1971 et 2006-2009 qu'entre la fin du PAG et 1967-1971. A l'échelle individuelle, les glaciers ont perdu en moyenne 52 % de leur superficie entre 1967-1971 et 2006-2009, et 115 ont même disparu. A l'échelle régionale comme individuelle, le retrait glaciaire présente des tendances différentes selon les massifs, la taille des glaciers et leur exposition Des méthodes simples, basées sur les données des inventaires des glaciers et des marges proglaciaires sont établies afin d'identifier les lacs potentiellement instables, les secteurs englacés favorables à la formation de futurs lacs, au déclenchement d'avalanches de séracs ou susceptibles d'être déstabilisés en masse, et les marges proglaciaires favorables à l'occurrence de glissements ou de laves de débris.

La décrue post-Petit Age Glaciaire en Haute Maurienne est abordée dans cette étude par trois angles de vision complémentaires. Les évolutions de l'englacement du bassin versant du Haut Arc pendant la décrue glaciaire post Petit Age Glaciaire sont reconstituées sur un échantillon d'une trentaine de glaciers à l'aide de différentes sources documentaires (archives, témoins géomorphologiques, clichés aériens et scènes satellitales). Les résultats sont exprimés sous la forme d'une série de cartes d'extension des glaciers et de diagrammes des surfaces relatives sur la période d'étude (1850-2000). Ces données aboutissent à une typologie des modes de décrue, révèlant un couplage efficace entre les forçages climatiques et ces glaciers alpins. La décennie 1990-2000 est marquée par une accélération synchrone de la décrue sur l'ensemble des glaciers.<br />Dans un deuxième temps, les impacts de la décrue sur l'hydrosystème proglaciaire sont étudiés à travers les enregistrements pluri décennaux des débits journaliers d'un torrent glaciaire (l'Avérole). Les analyses montrent une modification majeure du régime du torrent proglaciaire au cours de la dernière décennie. Cette évolution est interprétée comme une intensification du forçage climatique actuel. L'analyse à un pas de temps très fin d'un glacier instrumenté de 2002 à 2005 aboutit à un outil de suivi quotidien des caractéristiques du réseau de drainage glaciaire. Il s'avère que l'efficacité du réseau de drainage augmente fortement au cours de la saison d'ablation, principalement par un accroissement de la perméabilité du glacier. L'analyse des hydrogrammes de crue nous renseigne sur l'intensité des processus d'ablation à un pas journalier reliant les phénomènes de surface à la structure du réseau de drainage glaciaire. <br />Les impacts de la décrue sur le milieu glaciaire montrent une modification significative de l'environnement des glaciers au cours des 150 dernières années. La genèse des aléas d'origine glaciaire se transforme avec cette évolution du milieu, avec des atténuations ou au contraire l'apparition de nouveaux phénomènes. L'intensification de la décrue au cours de la dernière décennie induit la formation d'aléas préoccupants.

Depuis la fin du Petit Age Glaciaire, les glaciers du massif du Mont-Blanc se retirent et libèrent ainsi d’importants volumes de sédiments. La fourniture sédimentaire grossière, qui est l’un des éléments de contrôle principaux de l’activité géomorphologique des torrents proglaciaires, peut être profondément modifiée. Dans le contexte de la vallée de Chamonix, où la pression urbaine est très forte, l’accélération du retrait glaciaire soulève des questionnements de la part à la fois des gestionnaires et des scientifiques sur l’évolution des risques et de la gestion des flux solides.L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le couplage sédimentaire entre les espaces libérés des glaces et les torrents jusqu’en fond de vallée, avec un double niveau de réponse. Le premier niveau permet de comprendre les trajectoires géomorphologiques des systèmes glacio-torrentiels depuis la fin du Petit Age Glaciaire et à l’échelle de la vallée. Il est étayé par une analyse géomorphologique et par l’étude de l’évolution du réseau hydrographique, qui s’appuie sur une modélisation et sur de nombreux documents d’archive. Cette étape souligne la diminution du potentiel du système torrentiel à remobiliser des sources sédimentaires. En conséquence, l’activité des torrents a fortement baissée depuis 150 ans. La seconde approche concerne l’étude des dynamiques récentes basée sur la comparaison diachronique de MNT LiDAR à haute résolution. Elle se focalise sur les trois systèmes glacio-torrentiels les plus grands de la vallée (Argentière, Mer de Glace et Bossons) dont les activités morphogènes ont pu être interprétées sous le prisme de crues d’occurrence décennale survenues en août 2014. Cette partie montre l’efficacité des processus de stockage sédimentaire au sein même des espaces désenglacés, ainsi que l’importance du forçage humain sur la morphogénèse torrentielle qui prime désormais sur l’influence du retrait glaciaire. L’état de la fourniture sédimentaire résulte actuellement de l’impact des différentes infrastructures, telles que les captages sous-glaciaires ou l’autoroute d’accès au Tunnel du Mont Blanc.Nos résultats montrent donc une première phase de diminution de l’activité torrentielle, principalement causée par le retrait des glaciers de 1850 à 1950, puis les conséquences pression des activités humaines sur les évolutions hydromorphologiques. La baisse de la torrentialité est toutefois ponctuée de quelques évènements, comme la crue du septembre 1920 sur l’Arveyron de la Mer de Glace, dont nous avons reconstitué les conséquences géomorphologiques. Malgré leur intensité, les effets de ces crues restent néanmoins relativement limités à l’aval immédiat des glaciers.Contrairement donc aux hypothèses initialement soulevées, le retrait glaciaire n’implique pas une augmentation de la fourniture sédimentaire, mais au contraire une diminution des apports du fait de la déconnexion entre les espaces désenglacés et les systèmes torrentiels. / Since the end of Little Ice Age, glaciers of the Mont blanc massif are retreating and large sediment volume are releasing from the ice. Thus, sediment supply, which is a main control factor of the proglacial stream geomorphic activity, could be deeply modified. Therefore, the consequences on the sediment fluxes and the risk management need to be understanding because of the present acceleration of glacier retreat and urban sprawl in the Chamonix valley. The goal of this thesis is to study the sediment coupling between stream systems and areas released by glaciers. A first approach allows understanding the geomorphic trajectory of proglacial system at the Chamonix scale since the end of the Little Ice Age. Our results supported by modelling and archives analyses, show the decreasing capacity of the hydrographic pattern to be connected with sediment sources. The second approach is lead on the LiDAR DEM multi-temporal comparison. It focuses on the three main proglacial systems: Argentière, Mer de Glace and Bossons, whom occurred a decennal flood during the 2014 summer. This part of our study underlines the storage efficiency into deglaciated areas and the increasing role of anthropic forcing. Present sediment yield to proglacial stream is leaded by facilities such as the Mont Blanc Tunnel substructure or the subglacial harnessing. Our results show that the decreasing geomorphic activity of proglacial stream in the Chamonix valley is mainly caused by glacier retreat from the early 18th Century to the middle 20th century, then it is leaded by the increasing human pressure. Nevertheless, the fall of stream activity is punctuated by extreme events, such as the 1920 flood in the Arveyron of the Mer de Glace that we reconstructed the geomorphic consequences. Despite their intensity, effects of that king of events are limited close to the glacier downstream. Contrary to our initial hypotheses, glacier retreat in the Chamonix Valley, is not follow by a geomorphic crisis of proglacial streams because of the disconnectivity between sediment released from the ice and stream systems.

Dans les bassins versants montagneux englacés la biodiversité des rivières est fortement influencée par l'hétérogénéité physico-chimique des habitats due aux dynamiques spatio-temporelles des contributions des différentes sources d'eau: la fonte des neiges, de la glace et les eaux souterraines. Un des effets du réchauffement climatique est l'accélération de la fonte des glaciers entraînant la réduction de la contribution en eaux de fonte. Cette modification du régime des eaux va probablement affecter la biodiversité aquatique. Ainsi il est primordial d'identifier les effets de l'influence glaciaire sur les communautés aquatiques afin de pouvoir prévoir l'impact du retrait glaciaire sur la biodiversité aquatique. Dans cette étude nous avons examiné l'effet de l'influence glaciaire sur les macroinvertébrés aquatiques. L'étude a été menée dans 51 sites dans un bassin versant englacé dans les Andes équatoriennes (Antisana, Équateur) où les crues glaciaires ont lieu toute l'année dû au manque de saison. Nos principaux objectifs étaient de déterminer l'influence glaciaire à chaque site, caractériser l'impact de l'influence glaciaire sur les communautés de macroinvertébrés et anticiper la réponse des macroinvertébrés aquatiques face au retrait des glaciers. Pour répondre à ces objectifs, nous avons quantifié l'influence glaciaire à partir de différentes méthodes et testé son effet sur les macroinvertébrés à plusieurs échelles: du cours d'eau au bassin versant. Cette étude nous a permis de mieux comprendre les mécanismes dirigeant la distribution des macroinvertébrés et de déterminer le potentiel risque d'extinction d'espèces due la diminution de la contribution en eau glaciaire. / In mountainous glacierized catchments, stream biodiversity is strongly influenced by physicochemical habitat heterogeneity linked to the spatio-temporal dynamics of water source contributions from snowmelt, ice-melt and groundwater. One impact of climate change is the rapid shrinking of glaciers, resulting in a reduction in glacial meltwater contribution to river flow in glacierized catchments. These modifications in water regimes are expected to affect the aquatic biodiversity. Thus it is of critical importance to understand the effect of glacial influence on aquatic communities in glacierized catchments to be able to predict the impact of glacier retreat on the aquatic biodiversity. In this study, we investigated the effects of the glacial influence on aquatic macroinvertebrates. The study was conducted in 51 stream sites in a glacierized catchment in the equatorial Andes (Antisana, Ecuador), where glacial floods occur all year round due to the lack of thermal seasonality. Our main objectives were to determine the glacial influence at each stream site; to characterize the impact of the glacial influence on the macroinvertebrate communities; and to anticipate the aquatic macroinvertebrates response to glacier retreat. In order to meet these objectives, we quantified the glacial influence using different methods and test its effects on macroinvertebrates at different scales from the stream reach to the entire catchment. These analyses allowed us to better understand the mechanisms governing macroinvertebrates distribution, and to determine the potential risk of species loss with the diminution of glacial meltwater contribution.

En combinant des approches empiriques et expérimentales, nous avons évalué les effets de trois composantes du changement climatique sur la biodiversité aquatique alpine: le recouvrement glaciaire, le gradient altitudinal et la température de l'eau. Nous avons montré que: 1) Les niveaux intermédiaires de recouvrement glaciaire génèrent une hétérogénéité environnementale élevée associée à une plus grande diversité locale du zooplancton. 13% de la diversité régionale est limitée aux tourbières aux bassins fortement englacés, et pourrait être amenée à disparaître avec le réchauffement. 2) Les filtres environnementaux et spatiaux impactent fortement la structuration des communautés de zooplancton, avec une influence probable des évènements stochastiques (sécheresse, inondation). 3) La température de l'eau n'a que peu d'influence sur les interactions prédateurs (Anax imperator)- proies (Daphnia magna), la probabilité de capture des proies semblant dépendre principalement de la précision du prédateur. Ce travail suggère une structuration multiéchelle des potentiels effets du changement climatique sur la biodiversité aquatique alpine. / Using empirical and experimental approaches, we assessed the effects of three components of climate change on alpine aquatic diversity: glacier’ influence, elevation, and temperature. We found that: 1) intermediate levels of glacial influence on peatland’s catchment resulted in a high environmental heterogeneity and high local zooplankton diversity. Thirteen percent of the total regional aquatic diversity was restricted to peatlands with a high percentage of glacial influence. This diversity might be lost in a context of glacial retreat and a future increasing warming. 2) environmental and spatial filters contributed significantly to the zooplankton community structure at higher spatial scales and the important role of the environmental filter at small spatial scale, likely influenced by disturbance events (e.g. droughts and floods) 3) water temperature did not influence on the prey-predation interaction between Anax imperator and Daphnia magna, and the predator’s capture probability mainly depended on the precision of the predator in capturing the prey. This work suggests that there is a multi-scale structure of the potential effects of climate change on alpine aquatic diversity.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La présente thèse porte sur la reconstitution de la déglaciation de la partie sud du haut bassin de la rivière Saint-François et, de façon générale, sur les problèmes de reconstitution du dernier retrait glaciaire dans les Appalaches du Sud du Québec et du Nord de la Nouvelle-Angleterre. Malgré les études déjà effectuées dans cette région depuis plus d'un siècle, le déroulement da dernier retrait glaciaire y demeure encore problématique. En effet, la revue de la littérature montre qu'au moins trois principaux modèles y furent déjà proposés pour expliquer la déglaciation de cette région : (1) le modèle de retrait de l'Inlandsis laurentidien, (2) le modèle de retrait d'une glace laurentidienne ainsi que d'un ou de plusieurs glaciers appalachiens autonomes et (3) le modèle de retrait d'une ou de plusieurs calottes résiduelles détachées de l'Inlandsis laurentidien. Ces différents modèles divergent principalement quant à la provenance, à la taille ainsi qu'à la dynamique du ou des glaciers en cause. Ils furent élaborés à partir d'un faible nombre d'indices relevés dans la région, essentiellement des indices d'écoulement glaciaire, tels que l'orientation de nervures et de striures glaciaires ainsi que la répartition d'indicateurs lithologiques. Or, ces indices ont également enregistré des événements glaciaires plus anciens, puisqu'ils ont déjà permis de retracer une séquence contenant jusqu'à sept phases d'écoulement glaciaire pour la fin du Quaternaire, dans les Appalaches du Sud du Québec. Au contraire, dans cette thèse, nous utilisons une approche basée sur une interprétation du mode de mise en place de modelés tardiglaciaires relevés dans une région stratégique, plutôt que sur le seul sens des derniers écoulements glaciaires. Bien qu'ils aient été moins utilisés dans l'élaboration des différents modèles de déglaciation déjà proposés, les formes et les dépôts tardiglaciaires sont aussi des indices du dernier retrait glaciaire. Une reconstitution de leur environnement de mise en place devrait donc nous permettre de reconstituer des éléments principaux servant à élaborer un modèle de déglaciation, à savoir : (1) les lacs tardiglaciaircs et le drainage des eaux de fonte, (2) les principales positions bordières et (3) le sens des derniers mouvements glaciaires. Or, les modèles de retrait antérieurs ne rendent pas compte de l'existence possible de lacs proglaciaires dont la reconstitution n'a pas encore été faite, sauf seulement pour les niveaux les plus marqués dans le paysage, et ce malgré l'important modelé glaciolacustre qui est relevé dans la région. Un des éléments majeurs de cette thèse est justement la reconstitution des nombreux lacs proglaciaires et résiduels, y compris ceux ayant une faible dimension. L'évolution des niveaux glaciolacustres qui leur sont associés sert ensuite de repère chronologique pour délimiter les principales positions bordières qui sont établies à partir non seulement des moraines de retrait, mais aussi de toutes les formes juxtaglaciaires où la position de la glace peut être définie. Finalement, les derniers mouvements glaciaires ont été déterminés à partir de plusieurs indices d'écoulement glaciaire, mais ils ont ensuite été validés avec des indicés donnant le sens du retrait glaciaire. Une fois reconstitués les lacs tardiglaciaires, délimitées les principales positions bordières et déterminés les derniers mouvements glaciaires, il est ensuite possible d'établir une séquence chronologique des principales étapes de la déglaciation de la région étudiée, avant d'élaborer un modèle de déglaciation pour la région étudiée. Celui-ci repose sur le retrait d'un inlandsis laurentidien dont la glace aurait continué d'être active, même lorsque la bordure glaciaire reculait. Toutefois, en se retirant, cet inlandsis aurait également abandonné de petits culots glaciaires résiduels au cours de l'émergence de limites d'interfluve, comme les montagnes Frontalières. Nous avons aussi pu établir que la bordure de l'Inlandsis avait un tracé assez rectiligne, sauf dans les zones où le relief possède un fort dénivelé, et qu'elle s'est retirée principalement vers le nord-ouest. Ce retrait effectué dans le sens de la pente régionale serait aussi responsable de l'endiguement des eaux de fonte dans les vallées et de leur évacuation vers le sud puis le sud-ouest, en direction du Nord de la Nouvelle-Angleterre. Le modèle de déglaciation élaboré dans cette thèse est enfin comparé avec les autres modèles les plus récents issus de la littérature. C'est le modèle de retrait d'un inlandsis laurentidien qui s'accorde le plus avec nos conclusions, malgré qu'il ne tient toutefois pas compte des traces de stagnation glaciaire observées sur l'adret des interfluves. Par contre, les autres modèles évalués, dont le plus récent basé sur le retrait de vastes calottes résiduelles séparées d'un inlandsis laurentidien, n'expliquent pas le déroulement du dernier retrait glaciaire dans la région étudiée, en particulier le recul d'une grande masse glaciaire unique vers le nord-ouest, l'écoulement tardiglaciaire vers le sud-est, le tracé plutôt rectiligne des positions bordières, l'existence et révolution des paléolacs proglaciaires ainsi que le drainage des eaux de fonte vers la Nouvelle-Angleterre. D'ailleurs, ce sens du drainage proglaciaire implique également l'absence d'une importante masse glaciaire, qu'elle soit résiduelle ou bien autonome, qui serait centrée dans le Nord de la Nouvelle-Angleterre, juste au sud de la région étudiée.