Apport de la gravimétrie spatiale et de l’interférométrie radar à l’estimation de la fonte récente des glaces

Au cours des dernières décennies, la fonte des calottes polaires et des glaciers s’est intensifiée en réponse aux changements climatiques, conduisant à une diminution significative des ressources en eau douce dans certaines régions continentales, ainsi qu’à une augmentation de la masse et du niveau des mers. Les différentes données spatiales, qu’elles soient géodésiques ou gravimétriques, utilisées pour contraindre les variations de masse de la cryosphère s’accordent sur des tendances de premier ordre. Cependant, la précision de l’estimation de la fonte des glaces récente est limitée par les incertitudes des données spatiales, mais aussi et surtout par une difficulté à corriger ces données de la réponse de la Terre solide à la fonte des glaces passés (Glacial Isostatic Adjustment, GIA).

La détermination théorique du GIA est un problème complexe, mêlant l’évolution spatiale et temporelle des glaces passées, leurs contributions aux variations du niveau des mers, ainsi que les propriétés rhéologiques de la Terre. Si les modèles de GIA sont relativement bien contraints dans les inlandsis principaux comme le Laurentide ou la Scandinavie (Caron et al., 2018), ils sont peu résolus en marge des calottes, dans les zones où l’essentiel de la fonte des glaces actuelle se produit (Khan et al. 2016). Mieux contraindre la contribution de la déglaciation passée dans les régions de fonte actuelle est un des verrous scientifiques importants limitant la précision des bilans de masse des glaciers périphériques aux calottes, supposés responsables de 30% de la hausse du niveau des mers (Gardner et al., 2013). La séparation de ces processus, opérant à des échelles spatiales et temporelles variées, nécessite une combinaison de données géodésiques et gravimétriques multiples, associée à une modélisation de la déformation viscoélastique de la Terre.

L’objectif de cette thèse est d’améliorer les estimations des bilans de masse des glaciers périphériques de l’hémisphère sud (Kerguelen, Géorgie du Sud, Patagonie, etc.) en s’appuyant sur des observations de géodésie spatiale (GNSS et InSAR), de gravimétrie spatiale (GRACE et GRACE-FO) et d’altimétrie satellitaire (CryoSat- 2, ICESat et ICESat-2).

Pour cela, des développements méthodologiques de traitement des données ainsi qu’une modélisation physique de la réponse viscoélastique de la Terre seront nécessaires.
La méthode de filtrage objective des erreurs de mesure et de traitement des données GRACE et GRACE-FO, s’appuyant sur une méthode de décomposition spectrale (MSSA, Prevost et al., 2019) sera améliorée pour extraire des signaux géophysiques de GIA et de fonte récente à la résolution spatiale maximum des données.
Un traitement InSAR spécifique en bordure de glaciers (Auriac et al., 2014) aura pour but de cartographier à haute résolution spatiale les déformations du sol engendrés par la fonte récente. L’apport novateur de l’InSAR est crucial pour observer ces déformations, théoriquement très hétérogènes à courte longueur d’onde, et donc difficilement mesurable ponctuellement par GNSS.
La modélisation viscoélastique de la déformation de la Terre et de son potentiel de gravité sous l’effet des déglaciations passées et présentes, contrainte par les observations de gravimétrie spatiale GRACE et GRACE-FO, des déformations du sol InSAR et GNSS et de variation des hauteurs de glace récente par altimétrie satellitaire permettra de raffiner l’estimation de paramètres rhéologiques du manteau terrestre, par ailleurs essentiels à une meilleure compréhension d’autres processus géodynamiques.

Cette approche multi-techniques visant à séparer au mieux les contributions des glaces passées et récentes dans le but d’améliorer les bilans de masse actuels des glaciers périphériques sera testée et validée sur des glaciers isolés et de taille restreinte. Elle pourra être adaptée aux calottes polaires, apportant de nouvelles contraintes sur la contribution de leur fonte aux variations du niveau des mers.