Erosion in glacial environments: exemple of the Glacier des Bossons (Mont-Blanc massif, Haute-Savoie, France)
L'érosion dans les environnements glaciaires : exemple du Glacier des Bossons (Massif du Mont-Blanc, Haute-Savoie, France)
Résumé
The study presented in this PhD memory aim at better define and quantify the present time erosion processes in glacial and proglacial domain. The Glacier des Bossons, situated in the Mont-Blanc massif (Haute-Savoie, France), is a good example of a natural and non-anthropized system which allows us to study this topic. This glacier lies on two main lithologies (the Mont-Blanc granite and the metamorphic bedrock) and this peculiarity is used to determine the origin of the glacial sediments. The sediments were sampled at the glacier surface and at the glacier sole and also in the subglacial streams in order to understand the mechanisms of mechanical erosion and particle transportation in glacial domain. The study of the granulometric distribution and the origin of the sediments were performed by a lithologic analysis at macro-scale (naked-eye) and a geochemical analysis at micro-scale (U-Pb dating of zircons). These analyses allowed specifying the characteristics of glacial erosion and transport. (1) the supraglacial sediments derived from the erosion of the rocky valley sides are mainly coarse and the glacial transport does not mix these clasts with those derived from the sub-glacial erosion, except in the lower tongue; (2) the sub-glacial erosion rates are inhomogeneous, erosion under the temperate glacier (0,4-0,8mm.an-1) is at least sixteen times more efficient than the erosion under the cold glacier (0,025-0,05mm.an-1); (3) the sub-glacial sediments contain a silty and sandy fraction, resulting from processes of abrasion and crushing, which is evacuated by sub-glacial streams. The high-resolution temporal acquisition of hydro-sedimentary data during the 2010 melt season, between the May 5th and the September 17th, allowed defining the seasonal behavior of the hydrologic and sedimentary fluxes. The sediment exportation occurs mainly during the melt season therefore, quantify the sediment fluxes in the Bossons stream and measure regularly the topographic evolution of the fluvio-glacial system allows to perform a sedimentary balance of the erosion of glacial and non-glacial domains. During the year 2010, about 3000 tons of sediments were eroded with 430 tons settled on the fluvio-glacial system. By analyzing the evolution of suspended particulate matter concentrations in the Bossons stream upstream and downstream the fluvio- glacial system, the part of glacial erosion and non-glacial denudation in the sedimentary balance could be proportioned. The erosion during the stormy events of the uncovered moraines, confining the fluvio-glacial system of the Bossons stream, furnishes at least 59% of the sediments exported by the Bossons stream and glacial erosion (41 % of the flux) is therefore less efficient comparatively. The long-term evolution of the glacial systems in period of global warming would show a sustained erosion of proglacial environments (mountain sides and moraines) recently exposed and therefore an increasing of the detrital fluxes. The Glacier des Bossons protects the summit of the Mont-Blanc, the differential erosion between zones under the ice and non-glacial could lead to an increase of the difference of altitude between valleys and summits.
Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but de mieux définir et quantifier les processus d'érosion actuels en domaine glaciaire et proglaciaire. Le Glacier des Bossons, situé dans le massif du Mont-Blanc (Haute-Savoie, France), est un bon exemple de système naturel non anthropisé permettant d'étudier cette thématique. Il repose sur deux lithologies principales (le granite du Mont-Blanc et le socle métamorphique) et cette singularité permettra de déterminer l'origine des sédiments glaciaires. Afin de comprendre les mécanismes d'érosion mécanique et de transport particulaires en domaine glaciaire, les sédiments ont été prélevés à la surface du glacier, sous le glacier et dans les torrents sous- glaciaires. L'étude des distributions granulométriques et des provenances des sédiments a été effectuée par une analyse lithologique à macro-échelle (à l'œil nu) et géochimique à micro- échelle (datation U-Pb sur zircons). Elles ont permis de préciser les caractéristiques de l'érosion et du transport glaciaire. (1) la charge supra-glaciaire issue de l'érosion des versants rocheux est essentiellement composée de sédiments grossiers et ne se mélange pas ou peu à la charge sous-glaciaire, excepté au niveau de la langue terminale ; (2) les vitesses d'érosion sous-glaciaire ne sont pas homogènes, l'érosion sous la glace tempérée (0,4-0,8mm.an-1) est au moins seize fois supérieure à celle sous la glace froide (0,025-0,05mm.an-1) ; (3) les sédiments sous-glaciaires contiennent une fraction silteuse et sableuse résultant des processus d'abrasion et de crushing qui est évacuée par les torrents sous-glaciaires. L'acquisition haute- résolution temporelle de données hydro-sédimentaires durant la saison de fonte entre le 5 Mai et le 17 Septembre 2010 a permis de définir le comportement saisonnier des flux hydrologiques et sédimentaires. La majeure partie des flux détritiques est concentrée sur la saison de fonte, et une quantification de la quantité de sédiments exportés par le torrent des Bossons complétée par une mesure régulière de l'évolution de la topographie du système fluvio-glaciaire permet d'effectuer un bilan global de l'érosion des domaines glaciaires et proglaciaires. Au cours de l'année 2010, près de 3000 tonnes de sédiments ont été érodés dont 430 tonnes se sont déposeés sur le plan des eaux. Grâce à une analyse de l'évolution des concentrations de matières en suspension en entrée et en sortie de la plaine alluviale fluvio- glaciaire du torrent des Bossons, les composantes glaciaires et non-glaciaires de l'érosion ont pu être découplées. L'érosion des moraines dénudées encadrant le plan des eaux au cours des événements orageux est responsable au minimum de 59% du flux de sédiments transporté par le torrent des Bossons, l'érosion glaciaire (41% du flux) est donc relativement moins efficace. L'évolution à long terme des systèmes glaciaires en période de réchauffement climatique montrerait donc une érosion soutenue des environnements proglaciaires (versants et moraines) récemment libéré des glaces et de ce fait une intensification des flux détritiques. Le glacier des Bossons protège le sommet du Mont-Blanc, l'érosion différentielle entre les zones sous la glace et non-glaciaires pourrait mener à un accroissement de la différence d'altitude entre les vallées et les sommets.