Thèse Etude des Processus d'Interactions Dynamiques Entre l'Atmosphère et la Fonte Nivo-Glaciaire Rôle des Flux Turbulents dans les Bilans d'Énergie d'Un Glacier Alpin Hintereisferner Autriche 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 : Jean Emmanuel SICART ORCID 0000000333322738
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-03T23:59:59

Sur les glaciers, les régimes de vent contrôlent en grande partie les flux turbulents de chaleur sensible et de chaleur latente. Ces flux représentent l'apport en chaleur de l'atmosphère, directement relié au réchauffement atmosphérique, et peuvent être le principal flux de fusion devant le rayonnement solaire [Fausto et al., 2016]. Leur forte variabilité dans le temps et dans l'espace est une composante importante de la variabilité de la fonte glaciaire [Sauter et Galos, 2016]. Pourtant ces flux restent mal connus, surtout en régime de vent catabatique entraînant un maximum de vent proche de la surface. Liée aux interactions entre le vent thermique local et les perturbations orographiques des courants atmosphériques, les flux turbulents en surface des terrains de montagne sont difficiles à mesurer et à simuler, entrainant des erreurs significatives en modélisation atmosphérique [Smeets, 1998 ; Rotach et al., 2022 ; Sauter et al., 2026].
Le projet TEAMX-GLACIER (LabEx OSUG) a financé notre participation à une campagne de mesures météorologiques intensive l'été 2023 sur le glacier Hintereisferner en Autriche. Ce projet HEFEX II visait à caractériser de manière approfondie la structure de la couche limite glaciaire avec une résolution sans précédent. La campagne s'inscrivait dans le cadre du programme international TEAMx et impliquait 12 institutions de recherche en Autriche, en Allemagne, en France, en Suisse et au Royaume-Uni [Nicholson et al., 2025]. Nous avons déployé des moyens complémentaires de mesures au sol (stations de micro-météorologie, système de covariance turbulente...) et dans la basse atmosphère (lidar, drones, ballons-sondes...). Au cours de l'été 2025, une nouvelle campagne HEFEX III s'est concentrée sur la structure verticale de l'atmosphère au-dessus du glacier Hintereisferner, avec l'installation d'une tour de 10 mètres de mesure de turbulence, complétée par des mesures par drones de profils verticaux de température et de vent. Le déploiement de deux lidars a permis de caractériser en détail les conditions atmosphériques jusqu'à 3 km au-dessus de la surface du glacier. Suite aux campagnes de terrain, l'équipe de recherche de Tobias Sauter à l'Université de Berlin a réalisé des simulations « Large Eddy Simulation » (ICON-LES) couvrant les Alpes de l'Ötztal et les périodes de deux mois correspondant aux deux campagnes de terrain.
L'objectif de la thèse est d'étudier les dynamiques spatiale et temporelle de la couche limite atmosphérique ainsi que les échanges d'énergie en surface du glacier durant les deux campagnes de terrain. L'étudiant bénéficiera d'un jeu de données exceptionnel comprenant des mesures en surface et dans la basse atmosphère, ainsi que des simulations à haute résolution de la dynamique atmosphérique. L'étude consistera à analyser les mesures de stations de micro-météorologie et de corrélation turbulente afin de mieux documenter les variations spatiales des flux turbulents, de rayonnements et d'énergie de fonte à la surface du glacier selon les régimes de vent (catabatique / anabatique) et les forçages synoptiques. L'analyse des simulations de la dynamique atmosphérique permettra de mieux comprendre les interactions complexes entre les processus de turbulence, d'ondes et de forçage méso-échelle, ainsi que leurs effets sur les flux d'énergie de surface. L'étude visera également à tester les schémas de paramétrisations des échanges surface-atmosphère dans les modèles météorologiques et climatiques en milieu de montagne caractérisé par un relief marqué et de forts gradients des variables météorologiques.
Les mesures de turbulence en milieu complexe de montagne permettront ainsi d'évaluer la théorie de similitude de Monin-Obukhov, élaborée pour terrain plat et homogène [Stiperski and Calaf, 2023]. Cette analyse théorique bénéficiera de l'expertise d'Ivana Stiperski, coordinatrice du programme ERC UNICORN : Developing a novel framework for understanding near-surface turbulence in complex terrain.

L'université d'Innsbruck a initié en 2019 le programme de recherche international TEAMX: multi-scale Transport and Exchange processes in the Atmosphere over Mountains - programme and eXperiment (http://www.teamx-programme.org/). Ce programme vise à améliorer la compréhension des processus d'échange surface - atmosphère dans les régions montagneuses et à faire progresser les paramétrisations de ces processus dans les modèles numériques météorologiques et climatiques. Dans ce cadre, le groupe de travail TEAMX glacier (PI. : L. Nicholson, Université d'Innsbruck ; J.E. Sicart, IGE ; T. Sauter, Humboldt Universität zu Berlin) vise à coordonner les thématiques de recherche de TEAMX en milieu de glaciers de montagne. Le projet TEAMX-GLACIER du LabEx OSUG Recherche&Observation (2023-2024, P.I. : Sicart) a financé notre participation à la campagne HEFEX II de mesure intensive des échanges glacier-atmosphère sur le glacier Hintereisferner pendant l'été 2023.
Suite à ces travaux et à la campagne de terrain HEFEX II, j'ai encadré deux stages de master 2 en 2024 et 2025 sur l'analyse des mesures de turbulence de surface et présenté les premiers résultats lors de la dernière International Conference on Alpine Meteorology [Sicart et al., ICAM 2025]. Nous avons décrit la campagne de terrain dans une publication du Bulletin of the American Meteorological Society [Nicholson et al., 2025] et publié un article de synthèse sur les interactions entre les glaciers et l'atmosphère dans Reviews of Geophysics [Sauter et al., 2026].
Nous avons appliqué ces méthodes de mesure et d'analyse de la turbulence sur des glaciers de montagne dans les Alpes, les Andes et les rocheuses canadiennes [Sicart et al., 2014 ; Litt et al., 2014, 2015, 2017 ; Conway et al., 2021] et sur une pente de neige dans les Alpes [Charrondière et al., 2020, 2021, 2022], mais jamais dans le cadre d'un tel projet collaboratif permettant des mesures complémentaires de surface et dans la couche limite atmosphérique.

L'objectif général de la thèse est d'étudier les dynamiques spatiale et temporelle de la couche limite atmosphérique ainsi que les échanges d'énergie en surface du glacier Hintereisferner durant les deux campagnes de terrain HEFEX II et III.
Les objectifs spécifiques sont :
- Caractériser la variabilité des flux turbulents et radiatifs à la surface du glacier selon les régimes de vent (catabatique / anabatique) et les forçages synoptiques.
- Analyser la structure de la couche limite atmosphérique à partir :
- des mesures en surface (stations météorologiques, systèmes de covariance turbulente...)
- des profils verticaux des variables météorologiques obtenus par lidars, drones et ballons sondes.
- Analyser les sorties de Large Eddy Simulations (ICON-LES) à haute résolution afin d'étudier les interactions entre les processus de turbulence, d'ondes et de forçage méso-échelle, ainsi que leurs effets sur les flux d'énergie de surface.
- Tester les schémas de paramétrisations des échanges surface-atmosphère dans les modèles météorologiques et climatiques en milieu de montagne. Un enjeu théorique important sera d'évaluer la théorie de similitude de Monin-Obukhov en milieu complexe de montagne.

Le projet TEAMX-GLACIER (LabEx OSUG) a financé notre participation à la campagne de mesures météorologiques intensive HEFEX II au cours de l'été 2023 sur le glacier Hintereisferner en Autriche. Ce projet visait à caractériser de manière approfondie la structure de la couche limite atmosphérique. La campagne s'inscrivait dans le cadre du programme international TEAMx et impliquait 12 institutions de recherche en Autriche, en Allemagne, en France, en Suisse et au Royaume-Uni [Nicholson et al., 2025]. Nous avons déployé des moyens complémentaires de mesures au sol (stations de micro-météorologie, 10 stations de covariance turbulente distribuées le long du glacier...) et dans la basse atmosphère (lidar, drones, ballons sondes...). Au cours de l'été 2025, une nouvelle campagne HEFEX III s'est concentrée sur la structure verticale de l'atmosphère au-dessus du glacier Hintereisferner, avec l'installation d'une tour de 10 mètres de cinq niveaux de mesures de turbulence, complétée par des mesures par drones de profils verticaux de température et de vitesse du vent. Le déploiement de deux lidars a permis de caractériser à haute résolution les conditions atmosphériques jusqu'à 3 km au-dessus de la surface du glacier. Suite aux campagnes de terrain, l'équipe de recherche de Tobias Sauter à l'Université de Berlin a réalisé des modélisations « Large Eddy Simulation » (ICON-LES, 50 m de résolution, 150 niveaux verticaux) couvrant les Alpes de l'Ötztal et les périodes de deux mois correspondant aux deux campagnes de terrain.
L'étudiant bénéficiera ainsi d'un jeu de données exceptionnel comprenant des mesures en surface et dans la basse atmosphère, ainsi que des simulations à haute résolution de la dynamique atmosphérique.

Le travail combinera :
- analyse de mesures météorologiques et de turbulence
- analyse de sorties de Large Eddy Simulations dans la couche limite atmosphérique du glacier
- évaluation de la théorie de similitude de Monin-Obukhov en milieu complexe de montagne.