Multifunctional GNSS applications in glaciology from dense array monitoring on sub-daily to multi-seasonal timescales

L'objectif principal de cette thèse doctorale est de développer des techniques d'observation innovantes pour caractériser les processus de glissement des glaciers à partir d'observations de surface, obtenues grâce à un réseau dense de sites GPS, et leur lien avec des observables concomitantes acquises au Glacier d’Argentière dans le cadre du projet SAUSSURE. La recherche doctorale a deux objectifs principaux : (i) attribuer les différentes caractéristiques des vitesses de surface à des processus spécifiques (déformation par fluage, fracturation, glissement basal, soulèvement du glacier par pression de l'eau à l'interface glace-substrat, etc.) et (ii) établir un lien quantitatif entre les changements de vitesse et les processus basaux afin de contraindre certains paramètres de friction. Pour l'objectif (i), une force essentielle de l'ensemble de données est la couverture multi-échelle des différentes observations, ce qui permet l'identification des mécanismes en sélectionnant des périodes appropriées et en analysant les phases et déphasages entre les différentes observations. Pour l'objectif (ii), des concepts théoriques décrivant les processus de friction basale (cavitation, déformation par fluage accru autour des rugosités du substrat, friction solide par dynamique stick-slip, etc.) sont identifiés par les observations GPS, qui sont utilisées pour contraindre leurs caractéristiques (fluctuations de la taille des cavités, quantité de glissement accommodée par friction solide par rapport au fluage, etc.).Les données GPS haute fréquence provenant de jusqu'à 13 sites au Glacier d’Argentière forment la base de ce travail. Des algorithmes robustes pour le traitement des données GPS ont été développés en utilisant les logiciels GAMIT/GLOBK et TRACK du MIT pour le positionnement statique et cinématique, respectivement. Les séries temporelles tridimensionnelles résultantes des déplacements sont post-traitées pour optimiser leur résolution spatiale par rapport à la durée du phénomène analysé (de subquotidien à saisonnier), avec une analyse des sources d'erreur GPS et des stratégies pour leur atténuation.Les séries temporelles des positions GPS quotidiennes ont été utilisées pour analyser les variations saisonnières des mouvements du glacier, en particulier l'accélération progressive et le soulèvement des glaciers pendant les hivers, précédemment observés par des mesures de balises d’ablation. La variation saisonnière observée par le réseau dense de GPS sur plusieurs saisons de fonte a permis de contraindre les paramètres du modèle sur le site d'étude et d'inférer l'évolution saisonnière du système de drainage sous-glaciaire.La thèse teste également la loi de cavitation calibrée, forcée avec des apports supplémentaires d'eau de pluie, pour déterminer si elle capture les changements transitoires des soulèvements de surface et de la vitesse de glissement basal, ou si des facteurs supplémentaires sont nécessaires. Le modèle existant de glissement des glaciers basé uniquement sur la cavitation n'explique pas les changements de vitesse observés à la surface. Nos données montrent qu'une dépendance supplémentaire à la pression effective est nécessaire dans la loi de friction.Enfin, la thèse étudie le bilan de masse des glaciers en utilisant la réflectométrie GNSS interférométrique (GNSS-IR) pour déterminer les profondeurs de neige et l'ablation de surface. Cette technique a été validée par des mesures in situ indépendantes et un modèle degré-jour.