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OSUG - Terre Univers Environnement OSUG

Caractérisation optique des mares de fontes sur la banquise arctique par télédétection spatiale

par BRONDEX Julien - 23 mars 2015 - ( maj : 24 mars 2015 )

Gauthier VERIN

Date de début et de fin : novembre 2014 - octobre 2017

Financement : bourse CNES/Takuvik

Directeurs : Ghislain Picard (LGGE) et Marcel Babin (Université Laval, Québec, Canada )

Résumé :

Le réchauffement climatique actuel est largement amplifié dans les régions polaires. En Arctique ce réchauffement induit, entre autre, une augmentation des températures de l’air et des océans, des variations de la circulation atmosphérique et de la couverture nuageuse. Les conséquences de ces bouleversements sont observées en particulier sur la banquise Arctique par la communauté scientifique. Elles se caractérisent principalement par une fonte estivale plus importante en intensité et en durée, conduisant à une diminution de son extension en été et à son amincissement. La glace de mer jeune, de moins d’un an remplace peu à peu la glace pluriannuelle plus épaisse. Or l’arctique joue un rôle majeur dans la régulation du climat global. En effet, les grandes étendues de neige ou de glace réfléchissent une grande partie du rayonnement solaire incident. La diminution de ces surfaces réfléchissantes accentue de ce fait le réchauffement climatique. De plus, à cause de l’amincissement ou la disparition de la glace de mer, une plus grande proportion de ce rayonnement traverse la banquise et atteint les couches superficielles de l’océan permettant une augmentation de la production primaire (algues, phytoplancton). Cette production primaire étant à la base de tout l’écosystème sous-marin et une composante importante du cycle global du carbone, il convient de mieux comprendre et de quantifier son évolution actuelle.

Aujourd’hui, ce sujet d’étude demeure très largement ouvert. De nombreuses campagnes de mesures ont été menées ces dernières années et ont permis de constater ponctuellement une production sous la banquise largement sous-estimée jusqu’alors. Il est apparu que les mares de fonte qui se forment avec le réchauffement printanier jouent un rôle essentiel. Elles favorisent en effet la transmission de la lumière en prenant la place du manteau neigeux très réfléchissant.

Cette thèse vise ainsi deux objectifs : 1 - Mieux comprendre la propagation de la lumière dans le système neige-banquise pendant la période de fonte du manteau neigeux et la formation de mare de fonte en proposant une modélisation précise des phénomènes optiques en lien avec l’évolution de la neige. 2 – Caractériser par satellite l’évolution de la neige sur la banquise et des mares de fonte en s’appuyant sur les connaissances optiques nouvelles. Ces deux objectifs permettront à terme de mieux quantifier l’énergie directement disponible pour la photosynthèse de surface des océans à grande échelle sur l’ensemble de bassin Arctique.

L’approche pour mener à bien ces travaux s’appuient sur des mesures sur le terrain qui se dérouleront lors d’une campagne en Baie de Baffin, au Canada, organisée par le laboratoire Takuvik de l’université Laval au Québec et où seront utilisés des instruments de mesure optique innovants développés par le laboratoire LGGE à Grenoble. Ces données ponctuelles permettront de construire et valider un modèle de transfert radiatif adapté aux conditions spécifiques de la banquise au printemps. Dans un deuxième temps, des données satellites optiques seront utilisées en combinaison avec ce modèle pour produire des cartes d’évolution des mares de fonte et plus généralement d’état de la neige. La combinaison modèle / données satellite permettra de produire une nouvelle estimation à grande échelle de la transmission à la travers la banquise.

Cette thèse est cofinancée par le Centre National d’Étude Spatiale (CNES) et Takuvik et se déroule en co-tutelle entre le LGGE/Université Grenoble Alpes et Takuvik/Université Laval au Québec. Ces deux laboratoires ont une grande expertise en instrumentation optique et en télédétection spatiale sur deux objets très différents : l’océan et la neige respectivement. En se réunissant, les équipes grenobloise et québécoise ont ainsi une chance unique à l’échelle internationale de faire progresser la question de la transmission de la lumière à travers la banquise et la production primaire potentielle qui en découle.

Mots-clef : Mares de fonte, albédo, transmittance, télédétection // Melt ponds, albedo, transmittance, remote sensing

Sous la tutelle de :

Sous la tutelle de :

tutellesCNRSUniversité Joseph Fourier