Thèse Analyse des Changements de Volume des Glaciers en Asie Centrale Depuis 1970 par Télédétection et Modélisation Numérique H/F

Université Grenoble Alpes

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes
Laboratoire de recherche : Institut des Géosciences de l'Environnement (IGE)
Direction de la thèse : Amaury DEHECQ ORCID 0000000251571183
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-08T23:59:59

Les glaciers reculent partout dans le monde, mais certaines chaînes de montagnes d'Asie centrale se caractérisent par des glaciers stables ou en expansion depuis plusieurs décennies. Les raisons de ce phénomène particulier, appelé « anomalie du Karakoram », sont encore sujet à débat.
L'objectif du projet de doctorat sera de combiner des observations de télédétection et la modélisation numérique afin de mettre en évidence certains des facteurs environnementaux susceptibles d'expliquer cette anomalie. Le doctorat se déroulera en 4 grandes étapes : 1) générer des modèles numériques d'élévation à partir d'images satellites modernes et déclassifiées sur film, 2) documenter les changements de volume des glaciers dans la région depuis les années 1970, 3) estimer le bilan de masse de surface des glaciers à partir d'une combinaison d'observations par télédétection, 4) calibrer un modèle d'évolution des glaciers à l'aide de réanalyses climatiques afin de corriger les tendances climatiques incertaines et analyser les conditions spécifiques aux glaciers et les conditions externes qui expliquent l'évolution observée des glaciers.
Ce projet de doctorat s'inscrit dans le cadre d'un projet plus vaste de quatre ans intitulé « DIVERGENCE », qui implique plusieurs chercheurs de l'IGE, dont un ingénieur et un post-doctorant entièrement dédiés à ce projet, ainsi que des collaborations nationales et internationales (LEGOS, Toulouse ; ONERA, Paris ; Suisse, Pakistan, États-Unis).

Le recul des glaciers est l'un des effets les plus emblématiques du changement climatique actuel, qui affecte le niveau de la mer et les ressources en eau. Pourtant, de nombreux glaciers d'Asie centrale, dans les chaînes du Pamir, du Kunlun occidental et du Karakoram (PWKK), ont montré des changements de masse stables ou positifs depuis 2000 (Brun et al., 2017 ; Barandun et al., 2021), contrairement à la tendance mondiale à la fonte des glaciers. Il existe des preuves que ce phénomène particulier, appelé « anomalie du Karakoram », existe au moins depuis les années 1970 (Farinotti et al., 2020), mais des études récentes suggèrent qu'il pourrait avoir pris fin (Hugonnet et al., 2021). Deux explications principales sont débattues : des conditions climatiques locales favorables à la croissance des glaciers (étés plus frais et augmentation des chutes de neige annuelles) et une moindre sensibilité des glaciers de la région aux changements climatiques.
Plusieurs limites entravent notre compréhension de cette anomalie. Premièrement, les observations in situ du bilan de masse des glaciers sont rares dans le PWKK, en raison de l'accès difficile et de la grande taille des glaciers. Deuxièmement, les observations des précipitations sont limitées à un réseau épars de stations météorologiques et sont sous-estimées lorsqu'elles sont extrapolées à partir des mesures effectuées dans les vallées (Immerzeel et al., 2015). Les tendances de précipitations sont également incertaines et il existe un fort désaccord entre les produits satellitaires et les produits de réanalyse (Dollan et al., 2024).
La télédétection offre une perspective différente sur les causes de cette anomalie. Le nombre d'observations des changements de volume des glaciers dans le PWKK a considérablement augmenté ces dernières années (Brun et al., 2017 ; Shean et al., 2020 ; Hugonnet et al., 2021), mais elles se limitent à la période postérieure à 2000. Les satellites espions américains déclassifiés (Corona KH-4, Hexagon KH-9) ont acquis des images de l'ensemble des continents entre 1962 et 1984, offrant une occasion unique de documenter les changements glaciaires. Cependant, ces données sur film photographique sont difficiles à traiter (prétraitement complexe, position/paramètres de la caméra inconnus) et sont restées largement inexploitées. Ces dernières années ont vu l'émergence de chaînes de traitement semi ou entièrement automatisés pour exploiter ces données (Maurer et al., 2019 ; Dehecq et al., 2020 ; Ghuffar et al., 2023), mais l'ensemble des archives n'a pas encore été exploité. Enfin, les observations actuelles par télédétection ne fournissent que des estimations du bilan de masse à l'échelle du glacier, contrairement aux observations in situ qui fournissent des estimations du bilan de masse de surface (SMB), qui est la somme des gains/pertes de masse locaux. Le SMB permet de relier les changements observés aux variables climatiques (température, précipitations) et diffère des observations satellitaires des changements d'altitude, qui sont la somme du SMB et du flux de glace provenant de l'écoulement du glacier. La combinaison des observations des changements d'altitude et de la vitesse d'écoulement de la glace est une méthode émergente pour estimer le SMB à partir d'observations par télédétection (Kneib et al., 2024).
L'objectif de ce projet de doctorat est d'élucider certaines des causes inconnues de l'anomalie glaciaire dans les montagnes d'Asie centrale à l'aide d'archives d'images satellites déclassifiées et modernes. Le/la doctorant/e documentera les changements glaciaires (étendue, volume, vitesse et bilan de masse en surface) depuis les années 1970. Ces résultats seront ensuite utilisés dans un modèle numérique afin de distinguer la contribution des tendances climatiques et des facteurs géomorphologiques (couverture de débris supraglaciaires, lacs proglaciaires, avalanches) qui peuvent être à l'origine des changements de masse observés.

Les objectifs spécifiques de la thèse sont les suivants :
1. Traitement des images satellites. Le doctorant utilisera les chaînes de traitement existantes (par exemple, Dehecq et al., 2020, Mattea et al., 2025), basées sur le logiciel photogrammétrique Ames Stereo Pipeline, pour générer des modèles numériques d'élévation (MNE) et des ortho-images à partir d'images stéréoscopiques provenant des satellites déclassifiés (Hexagon KH-9) et modernes (SPOT-5/6/7) depuis les années 1970. Cette tâche bénéficiera du soutien d'un ingénieur.
2. Calcul des changements de volume des glaciers. Le/la doctorant/e utilisera les séries chronologiques des MNE (obtenues précédemment) pour estimer les changements de volume de chaque glacier du PWKK sur plusieurs périodes de 10 à 20 ans depuis les années 1970, suivant l'approche de Hugonnet et al. (2021).
3. Estimation de la vitesse de la glace et du SMB. Le/la doctorant/e générera les vitesses d'écoulement de la glace avec des logiciels existants (par exemple, Millan et al., 2019) à l'aide des orthoimages traitées et utilisera les ensembles de données existants tels que ITS LIVE (Gardner et al., 2025) pour documenter les changements d'écoulement de la glace au cours de la période d'étude. Ces observations seront combinées avec les changements d'altitude de surface, à l'aide de méthodes d'inversion basées sur la conservation de la masse (Kneib et al., 2024), afin d'estimer un SMB distribué à différentes altitudes pour l'ensemble du PWKK. Ce travail bénéficiera de la collaboration avec un projet de doctorat en cours et des partenaires du projet à l'ETH Zurich.
4. Modélisation des glaciers et analyse climatique. Le modèle Open Global Glacier Model (OGMM, Maussion et al., 2019) sera alimenté par des données de réanalyse climatique et calibré pour correspondre à nos observations. Ces simulations seront analysées en tenant compte de l'évolution des conditions climatiques (température, précipitations) issues de la réanalyse et des observations de facteurs spécifiques aux glaciers (couverture de débris, avalanches, vêlage, poussées) obtenues à partir d'inventaires existants et d'un travail postdoctoral en cours. Cette dernière tâche permettra d'identifier les facteurs environnementaux qui influencent la stabilité/croissance des glaciers dans la région.