Article | 10/12/2021

Les outils de cartographie numérique : application à l'étude des glaciations actuelles et passées

10/12/2021

Gweltaz Mahéo

Laboratoire de Géologie de Lyon / Univ. Claude Bernard Lyon 1

Erwin Dehouck

Laboratoire de Géologie de Lyon / Univ. Claude Bernard Lyon 1

Marianne Métois

Laboratoire de Géologie de Lyon / Univ. Claude Bernard Lyon 1

Antoine Triantafyllou

Laboratoire de Géologie de Lyon / Univ. Claude Bernard Lyon 1

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Les SIG pour l'étude du recul actuel des glaciers alpins et des traces des glaciers anciens (moraines et blocs erratiques).


Atelier proposé lors du forum Enseigner les géosciences de la 27e Réunion des Sciences de la Terre à Lyon (RST 2021, 1er au 5 novembre 2021).

Les objectifs de cet atelier sont de se familiariser avec l'utilisation des systèmes d'information géographique (SIG, ou GIS en anglais). Les SIG tels que Google Earth, Géoportail (IGN) ou InfoTerre (BRGM) sont des bases de données numériques constituées de documents géoréférencés, c'est-à-dire que les coordonnées géographiques de chaque point (pixel) d'une carte ou d'une forme qui y est dessinée sont connues. De plus, à chaque point peut être associé un certain nombre de caractéristiques (attributs) telles que l'altitude ou la lithologie. Dans le cadre de cet atelier, il est proposé de travailler sur le site Géoportail, qui est une base de données cartographique pour la France.

Reconstitution de l'évolution du glacier des Bossons (massif du Mont Blanc)

Q1 – Ouvrir le site Géoportail et allez sur le point de coordonnées 45,89°N (latitude) et 6,86°E (longitude) (taper « 45.89°N, 6.86°E » dans la barre de recherche). Par défaut, on visualise une photographie aérienne prise pour cette zone.

Pour déterminer la date de prise de vue et sa résolution spatiale, faire un clic gauche sur votre souris n'importe où sur l'image.

Q2 – Cliquer sur l'échelle numérique en bas à gauche de la vue, et la fixer à 1/20 000.

Q3 – Donner les coordonnées UTM et l'altitude du point de localisation (clic droit).

Q4 – Dessiner le contour de la langue glaciaire des Bossons (localisée dans le cadre sur l'image ci-dessus).

Rester sur la barre d'outils et aller dans « Annoter la carte » puis sélectionner « Dessiner des lignes » parmi les outils de création.

Pour finir le tracé, double-cliquer puis entrer éventuellement une description (par exemple « 2020 »).

Q5 – On va maintenant comparer cette vue satellitaire récente avec des images et cartes topographiques plus anciennes. Pour cela, ouvrir la liste des cartes disponibles en cliquant sur l'onglet « Cartes » en haut à gauche de la vue et sélectionner « Voir tous les fonds de carte ».

Dans la liste des cartes qui apparaissent, sélectionner « Cartes 1950 », « Photographies aériennes 1950-1965 » et « Carte de l'état-major 1820-1866 ». Ces cartes sont maintenant accessibles depuis le menu en haut à droite, en sélectionnant le premier onglet (pile de feuilles). En cliquant sur le petit engrenage à droite des miniatures, on peut en particulier masquer les cartes et jouer sur leur transparence. On peut aussi modifier leur position dans la pile des couches par cliquer-glisser. Faire remonter le croquis réalisé en première position pour qu'il apparaisse au-dessus des cartes.

Q6 – Pour chacune des nouvelles cartes et images aériennes, dessiner le tracé du glacier des Bossons en reprenant la procédure de la question 4. Après chaque tracé, utiliser l'outil d'édition pour changer la couleur du tracé. On peut sauver ses tracés en ouvrant un compte personnel sur l'espace Géoportail (gratuit) et en y enregistrant le croquis.

Q7 – On va maintenant quantifier le retrait du glacier des Bossons en prenant la position actuelle comme référence. Pour mesurer le recul du glacier entre deux périodes, sélectionner « Mesurer une distance » dans l'onglet des outils. Reporter les résultats dans le tableau suivant.

Tableau 1. Mesures de la position relative du front du glacier des Bossons par rapport à 2020 réalisées sur Géoportail

Document

de référence

Type

de cartographie

Date

des relevés

Distance (en m) du front

du glacier des Bossons

par rapport à 2020

Photographie aérienne

moderne

Photographie aérienne

2020

0

Photographie aérienne

1950-1965

Photographie aérienne

1952

 

Carte 1950

Carte topographique

1949

 

Carte d'état-major

1820-1865

Carte topographique

1863

 

Exploitation – Il est maintenant possible de reporter les mesures sur un graphe et d'en déduire la vitesse du retrait glaciaire entre chaque mesure.


On peut également estimer en combien de temps la langue glaciaire des Bossons aura disparu.

Si on extrapole la vitesse sur la dernière période (7,5 m/a depuis 1952) la langue glaciaire des Bossons qui fait environ 1,22 km de long aura disparu en 163 ans.

Discussion –

Cette reconstitution simple montre une tendance au retrait mais à vitesse non constante. Des reconstitutions plus fines montrent une histoire plus complexe avec un retrait moyen dans un contexte de fortes fluctuations (Fig. 2).

Évolution de la longueur cumulée des principaux glaciers du Mont Blanc par rapport à 2010 et variation de l'anomalie de température moyenne globale

Figure 2. Évolution de la longueur cumulée des principaux glaciers du Mont Blanc par rapport à 2010 et variation de l'anomalie de température moyenne globale

Les points rouges correspondent aux images étudiées dans ce TP.

D'après Le Roy (2012) pour l'étude des glaciers et CRU (2019) pour l'anomalie de température moyenne globale (terres émergées et océans combinées).


Ces variations sont enregistrées dans tous les glaciers du Mont Blanc avec parfois des petits décalages dus au temps de réponse des glaciers (Fig. 2), liés à des facteurs tels que leur taille, bassin versant, pente, altitude.

La comparaison avec les mesures des anomalies température moyenne globale (Fig. 2), montre une anticorrélation qui suggère que la taille des glaciers baisse avec l'augmentation de température.

Ces changements de température sur de telles échelles de temps (quelques dizaines d'années) peuvent être liées à des variations de l'activité solaire ou des épisodes magmatiques émetteurs de dioxyde de souffre qui absorbe une partie des rayonnements solaires incidents (d'où une baisse de température). Les forçages orbitaux sont quant à eux de plus long terme.

Cependant, toutes les modélisations numériques du climat moderne démontrent que ces facteurs naturels ne peuvent expliquer l'augmentation de température et l'accélération de la fonte des glaciers (Fig. 3A). Seule la prise en compte dans les modèles de l'influence anthropique via le rejet de CO2 dans l'atmosphère permet de reproduire l'évolution de la température globale depuis les années soixante (Fig. 3B).

Modélisation des anomalies de températures globales (A) uniquement avec des forçages naturels et (B) en ajoutant les forçages anthropiques

Figure 3. Modélisation des anomalies de températures globales (A) uniquement avec des forçages naturels et (B) en ajoutant les forçages anthropiques

Les traits gris verticaux correspondent à des éruptions volcaniques émettrices de dioxyde de souffre (Schwartz, 2008).


Étude des traces de glaciations passées dans la région de Lagnieu

L'objectif ici est de regarder l'évolution du retrait glaciaire sur l'échelle de la dizaine de milliers d'années. Dans un premier temps, le travail porte sur la mise en évidence de marqueurs morphologiques (Fig. 4) et pétrologiques (Fig. 6) de d'existence de glaciers dans l'Est Lyonnais. Puis l'origine de ces glaciers et leur transport associé sont reconstitués pour aboutir à la reconstitution du retrait glaciaire qui pourra être comparée avec les fluctuations court terme reconstituées dans la première partie de l'atelier.

Q1 – Dans les fonds de carte, ouvrir la carte IGN (classique) et aller à Lagnieu. Fixez l'échelle à 1/25 000.

On va maintenant ajouter l'information géologique afin d'interpréter la morphologie de la zone. Dans les fonds de carte, sélectionner les cartes géologiques.

Si on va dans la légende de la couche (onglet « Carte en cours », et « Afficher la légende »), on n'a accès qu'à la légende de la carte géologique au millionième ! Pour avoir une légende détaillée, on peut utiliser le SIG du BRGM InfoTerre.

Les bandes bleues visibles sur cette carte correspondent à des dépôts glaciaires (moraines) attribués à la glaciation du Würm (~ −90 000 à −10 000 ans). Les formations notées G sont des formations glaciaires et celle notées FG des formations fluvio-glaciaires. Les numéros a, b1, b2, b3 et b4 correspondent à l'âge de dépôt (de a pour le Würm ancien à b4 pour la fin du Würm). Enfin, les formations à l'Ouest de la carte notées J ou L sont des roches sédimentaires principalement carbonatées (calcaires) du Jurassique qui forment le massif du Bugey.

Q2 – Pour travailler directement sur la géologie avec des élèves, on peut importer la carte géologique simplifiée au format kml (construite sur Google Earth par exemple).

Pour ce faire, utiliser l'outil « Importer des données » (on propose une carte simplifiée à télécharger, Geol-Lagnieu-Simp3.kml).

Q3 – Réaliser un profil topographique entre le point coté 275 m à l'intersection entre la D77a et la D77b (Ouest du Molard de Brénand, coin Nord-Ouest de la carte) et le point coté 203 m sur la D20a au Sud du centre-ville de Lagnieu.

Q4 – Calculer l'exagération verticale.

Exploitation – On peut utiliser ce profil topographique pour identifier les cordons morainiques (Fig. 4).


Q5 – Ajouter la carte du relief pour analyser la topographie et mettre évidence l'ancien front glaciaire (Würm). On peut passer en vue 3D.

On va maintenant s'intéresser à l'origine des glaciers en étudiant la pétrologie des blocs trouvés dans les moraines (blocs erratiques).

Q6 – Importer le fichier blocs-Coutterand.gpx (à dézipper). Ce fichier contient la localisation et la nature pétrologique de quelques blocs erratiques de la région de Lagnieu (données issues de la thèse de S. Coutterand, 2010). Ce fichier est similaire à celui acquis par un GPS ou un téléphone, et pourrait correspondre à une collecte effectuée par des élèves.

Exploitations –

L'objectif ici est de retrouver l'origine des blocs erratiques. On peut s'appuyer sur une analyse pétrologique simple couplée à une discussion sur les sources potentielles à partir de la carte géologique de la France au millionième. Cette dernière est accessible en passant, par exemple, l'échelle à 1/750 000.

Par exemple, le point numéro 20 est un granite fin. Plus précisément, il s'agirait d'un granite de la Lauzière dans le Massif de Belledonne, au-dessus d'Aiguebelle (granite numéro 14, coordonnée 45,477°N, 6,348°E). Avec l'onglet « Outils/Annoter la carte/Placer des points », placer un marqueur sur ce site.

Il est alors possible de dessiner sur Géoportail (voir question 4 de la première partie) une reconstitution du trajet de ce bloc et du transport glaciaire associé en s'appuyant sur la carte du relief disponible dans la liste des fonds de carte.

Plusieurs trajets sont bien sûr possibles mais le plus raisonnable est celui qui descend jusqu'à Lagnieu en suivant les anciennes grandes vallées glaciaires (Fig. 5).


Pour comparaison, la figure 6 donne plusieurs reconstitutions de trajets de différents blocs erratiques de l'Est Lyonnais transportés pendant le Würm. Le trajet du bloc étudié ici est localisé (trait rouge épais). Le trajet est sensiblement différent de celui obtenu en s'appuyant uniquement sur la morphologie. Ici des marqueurs géologiques et morphologiques plus locaux (localisation des moraines) sont également pris en compte, mais au premier ordre les deux reconstitutions restent proches.

Reconstitution du trajet des blocs erratiques würmiens de l'Est Lyonnais

Figure 6. Reconstitution du trajet des blocs erratiques würmiens de l'Est Lyonnais

Le trait rouge épais correspond au bloc étudié dans cet atelier.


Pour illustrer la glaciation du Würm et son étendue dans la région de Lyon, on peut présenter la figure 7.


Cet article est une mise en forme réalisée à partir du matériel utilisé lors de l'atelier initial contenant les fichiers kml et gpx proposés, le déroulé sous forme de pdf et un tutoriel rapide pour la prise en main du Géoportail.