Pôle Alpin Risques Naturels (PARN) Alpes–Climat–Risques Avec le soutien de la Région Rhône-Alpes (2007-2014)
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Fiche bibliographique

 

Réf. Vincent & al. 2012

Référence bibliographique
C. VINCENT, M. DESCLOITRES, S. GARAMBOIS, A. LEGCHENKO, H. GUYARD, A. GILBERT, Detection of a subglacial lake in Glacier de Tête Rousse (Mont Blanc area), Journal of Glaciology, Vol. 58, No. 211, 2012 doi: 10.3189/2012 JoG11J179 PDF

Abstract : The processes that form intraglacial lakes are poorly understood because of the difficulty in detecting and assessing such hidden lakes. Extensive geophysical surveys were performed between 2007 and 2010 in order to reassess the risk of an outburst flood from Glacier de Teˆte Rousse where outburst flooding from an intraglacial lake caused 175 fatalities in 1892. Our geophysical survey combined ground-penetrating radar measurements and nuclear magnetic resonance imaging. We found a subglacial water-filled reservoir with a volume of 55 000m3. Artesian outpourings occurred when the subglacial cavity was reached by two borehole drillings, indicating that the hydrostatic water pressure exceeded the ice pressure at the bottom of the cavity. On the basis of these geophysical and glaciological findings, we warned the public authorities in July 2010 of the risk facing the 3000 inhabitants downstream of the glacier. The subglacial reservoir was drained artificially. This example demonstrates how geophysical surveys can be used to detect this type of hazard when it is suspected, in particular when no hydraulic outlet from the snout exists. Numerous ice temperature measurements have shown that the tongue of this glacier is cold based. This thermal regime could explain the accumulation of water in this glacier.

Mots-clés
 

Organismes / Contact

Authors / Auteurs :

  • Christian VINCENT, Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l’Environnement, CNRS/ Université Joseph Fourier, Grenoble, France
  • Marc DESCLOITRES, Laboratoire d’e´tude des Transferts en Hydrologie en Environnement (LTHE) CNRS/IRD/INPG/Université Joseph Fourier, Grenoble, France
  • Stéphane GARAMBOIS, Institut des Sciences de la terre (ISTerre), CNRS/Université Joseph Fourier, Grenoble, France
  • Anatoly LEGCHENKO, Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie en Environnement (LTHE) CNRS/IRD/INPG/Université Joseph Fourier, Grenoble, France
  • Hélène GUYARD, Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie en Environnement (LTHE) CNRS/IRD/INPG/Université Joseph Fourier, Grenoble, France
  • Adrien GILBERT, Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l’Environnement, CNRS/ Université Joseph Fourier, Grenoble, France

This study was funded by the Service de Restauration des Terrains en Montagne (RTM) of Haute Savoie (France), the town of Saint Gervais (France) and Joseph Fourier University (Pôle TUNES programme)


(1) - Paramètre(s) atmosphérique(s) modifié(s)
(2) - Elément(s) du milieu impacté(s)
(3) - Type(s) d'aléa impacté(s)
(3) - Sous-type(s) d'aléa
  Glacier Poche d'eau glaciaire  

Pays / Zone
Massif / Secteur
Site(s) d'étude
Exposition
Altitude
Période(s) d'observation
France Mont-Blanc Glacier de Tête Rousse      

(1) - Modifications des paramètres atmosphériques
Reconstitutions
 
Observations

 

Modélisations
 
Hypothèses
 

Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)



(2) - Effets du changement climatique sur le milieu naturel
Reconstitutions
 
Observations
 

 

Modélisations
 
Hypothèses
 

Sensibilité du milieu à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
 

 


(3) - Effets du changement climatique sur l'aléa
Reconstitutions
 
Observations

GPR measurements :

The GPR measurements led us to suspect the presence of a subglacial water reservoir extending 50m in the longitudinal direction (east–west) and 45m in the transverse direction (south–north). Based on GPR data, the cavity appears to be located deeper than 40m and reaches bedrock.

SNMR measurements :

The SNMR solution provides an average water content in the investigated volume composed of water and ice. It led us to a value of 55 000 +/-10 000m3 which approximately corresponds to an uncertainty of +/-20%.

Water level in drilling holes :

GPR and SNMR measurements enabled us to choose the locations of the boreholes drilled to reach the presumed subglacial cavity. We found similar water levels in eight boreholes (3172.80.2 m) indicating that these boreholes were probably connected. At two of these boreholes, artesian outpourings 10–20cm higher than the glacier surface occurred when the subglacial cavity was reached, indicating that the hydrostatic pressure exceeded the ice overburden pressure at the bottom of the cavity.

Thermal regime of the glacier :

The ice temperatures obtained from the chains of thermistors installed in the boreholes located on a longitudinal section show a striking feature (Figs 4 and 8). The basal ice is temperate or near temperate in the first 10m above bedrock for boreholes 17, 10, 5 and 2 located in the upper part of the glacier. Conversely, boreholes 13, 4 and 18 located on the tongue of the glacier show cold basal ice.

Mesures GRP (ground penetrating radar) :

Les mesures réalisées avec le GRP nous ont permis de suspecter la présence d’une poche d’eau sous-glaciaire large de 50m sur l’axe est-ouest et de 45 m sur l’axe sud-nord. Le réservoir semble être situé au niveau du bedrock, à plus de 40m sous la surface du glacier.

Mesures SNMR (surface nuclear magnetic resonance) :

L’utilisation du SNMR (surface nuclear magnetic resonance) nous a permis d’estimer le volume de l’eau présente dans le réservoir sous-glaciaire. Nous obtenons ainsi un résultat de 55 000m3 +/- 10 000m3 (incertitude de +/- 20%).

Niveau d’eau :

Les mesures GPR et SNMR nous ont permis d’identifier la position de la poche d’eau, et par conséquent, de choisir l’emplacement des forages destinés à atteindre la cavité sous glaciaire. Un niveau d’eau similaire a pu être observé pour 8 forages (3172.8 +/- 0.2 m), nous menant à penser que ces derniers étaient connectés entre eux. Lorsque la cavité sous-glaciaire a été atteinte, 2 effusions artésiennes ont été observées entre 10 et 20 cm plus hautes que la surface du glacier, indiquant ainsi que la pression hydrostatique dépassait la pression exercée par la surcharge de la glace sur le fond de la cavité.

Régime thermal du glacier:

Les températures de la glace, mesurées par les capteurs installés dans les forages de la section longitudinale ont permis d’observer un résultat étonnant. La glace basale est tempérée ou presque tempérée dans les 10m au-dessus du bedrock pour les forages 17, 10, 5 et 2, situés dans la partie haute du glacier. A l’inverse, la glace basale de la langue du glacier présente une température négative et les caractéristiques d’un glacier froid (forages 13, 14 et 18).

Modélisations
 
Hypothèses
 The question of the origin of the meltwater feeding the water reservoir remains unclear. This point is important because it determines the potential annual volume of water feeding the subglacial cavity. The water coming from surface melt and rain usually flows through veins in the temperate ice of the upper part of the glacier (Fountain and others, 2005). However, even in the upper borehole, Glacier de Teˆte Rousse is not temperate in the first 50m from the surface and it is unlikely that the meltwater penetrates ice in this region. A second possibility is that the water flows through the glacier in channels formed by crevasses. However, visual observations reveal no crevasses in the upper part of this glacier and ice flow is very low in this area, i.e. <0.5ma–1 (Vincent and others, 2010b). A third possibility is that the percolating water could be transmitted downward into the porous firn in the highest part of the accumulation zone (upstream of borehole 17). Unfortunately, we could not drill and install thermistors in this area because of the steep slope. Thus, we cannot confirm whether this area is temperate. A fourth possibility is that the water penetrates into the interface between the side of the valley and the glacier.

It is very likely that basal drainage is slow because no subglacial water flows from the snout of Glacier de Tête Rousse. Thus, it is probable that the flowing water does not dissipate enough heat energy to melt the ice and therefore cannot keep Röthlisberger channels open (Röthlisberger, 1972) at the base of Glacier de Tête Rousse.

Like Trapridge Glacier (Jarvis and Clarke, 1975; Flowers and Clarke, 2000), the cold tongue of Glacier de Teˆte Rousse may act as a thermal barrier to the flow of water. Therefore, the water of Glacier de Teˆte Rousse cannot escape along the bed and is trapped beneath the glacier.

La question de l’origine des eaux de fonte qui alimentent le réservoir sous-glaciaire demeure en suspens. Ce point est important puisqu’il détermine le volume d’eau annuel potentiel qui alimente la cavité sous-glaciaire. Les eaux de surface (eaux de fonte et pluie) s’infiltrent habituellement au travers du glacier. Cependant, le glacier de Tête Rousse n’est pas tempéré dans les 50 premiers mètres de surface. Il est donc peu probable que l’eau pénètre à cet endroit.

La seconde possibilité est que l’eau s’écoule dans le glacier, à travers le réseau de crevasses présent en surface. Cependant, les observations visuelles infirment la présence de crevasses ouvertes dans la zone étudiée. De plus, l’écoulement de la glace est très lent sur cette partie du glacier (<0.5m par an).

Une troisième possibilité est que l’eau qui percole en surface pourrait s’infiltrer en traversant les névés poreux dans la partie la plus haute de la zone d’accumulation. Malheureusement, nous n’avons pu faire de forage dans cette zone en raison de la trop forte inclinaison de la pente. Nous n’avons donc pas pu définir si cette zone est tempérée ou pas.

La quatrième possibilité est que l’eau s’infiltre dans les zones situées entre les parois de la vallée et le glacier. En l’absence d’écoulements au niveau de la langue terminale du glacier, il est probable que le drainage de l’eau au niveau de la base du glacier soit lent. Il est également probable que les écoulements d’eau ne génèrent pas assez d’énergie pour faire fondre la glace et garder ouverts les canaux de Röthlisberger à la base du glacier de Tête Rousse . Comme pour le glacier de Trapridge, la langue froide du glacier de Tête Rousse agit probablement comme une barrière thermale aux écoulements d’eau. Par conséquent, l’eau du glacier ne peut s’échapper et est piégée sous le glacier.


Paramètre de l'aléa
Sensibilité du paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
 A glacial outburst flood is a sudden release of water from a proglacial, supraglacial, englacial or subglacial lake. It can lead to extreme discharge events that can have catastrophic consequences in densely populated mountainous areas (e.g. Haeberli and others, 1989).

The risk related to an outburst flood depends on numerous factors including potential flood volume, outburst mechanisms, erosion and deposition processes, distance to human infrastructures, etc.

La vidange d’une poche d’eau est la liberation d’un stock provenant d’un lac sous-glaciaire, proglaciaire ou supraglaciaire. Elle peut être à l’origine de phénomène de grande ampleur et peut avoir des conséquences catastrophiques sur les zones de montagne densément peuplées. Le risque lié à la vidange d’une poche d’eau dépend de nombreux facteurs comme le volume potentiel de l’inondation, les mécanismes de vidange, les processus d’érosion et de dépôt ou encore la distance par rapport aux infrastructures anthropiques.
 
 Different geophysical surveys have been carried out on Glacier de Tête Rousse. In 2007, ground-penetrating radar (GPR) measurements, initially performed to obtain the bedrock topography, led us to suspect the presence of a water reservoir within the glacier. In 2009, we used surface nuclear magnetic resonance (SNMR) imaging to determine the volume of water contained in this glacier. Finally, boreholes performed in 2010 enabled us to confirm the presence of a subglacial water cavity.
Plusieurs mesures géophysiques ont été menées sur le glacier de Tête Rousse. En 2007 les mesures GRP, utilisées pour obtenir la topographie du bedrock nous ont amené à entrevoir la présence d’une poche d’eau sous le glacier. En 2009, nous avons utilisé le SNMR pour déterminer le volume d’eau contenu dans le glacier. Enfin, les forages effectués en 2010 nous ont permis de confirmer la présence d’eau dans la cavité.

(4) - Remarques générales
 

(5) - Syntèses et préconisations
 

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