Université de Lausanne Institut de Géographie Faculté des Lettres Août 2006 Distribution et caractéristiques du pergélisol dans les éboulis calcaires de haute altitude Région du Grand Chavalard, Valais, Suisse Mémoire de Licence présenté par Kim Pieracci sous la direction de Prof. Emmanuel Reynard Remerciements J’aimerais remercier les personnes et sociétés suivantes, sans qui je n’aurais pas pu réaliser ce mémoire : • mes parents qui m’ont toujours soutenu ; • mon oncle Fernando à qui je dois ma passion pour la montagne ; • Emmanuel Reynard, mon professeur et directeur de mémoire, qui m’a fait découvrir et aimer la géomorphologie et qui m’a toujours offert sa disponibilité, autant au niveau professionnel qu’au niveau personnel ; • Christophe Lambiel, expert de ce mémoire, collègue et ami, pour la passion qu’il a su me transmettre dans l’étude du pergélisol avec ses enseignements ; • Gabrio Baldi, Romaine Boillat, José Carron, Mireille Délèze, Raphaël Délèze, Christian Dubuis, Xavière Fournier, Arnaud Grimm, Alessia Guerrieri, Anne-Laure Junge, Simon Kellenberger, Martino Minotti, Luca Pagano, Philippe Schutz, Sabine Stauble, Fla et Laura qui m’ont aidé lors de la prise des données sur le terrain et avec qui j’ai passé des bons moments ; • Téléovronnaz S.A., qui m’a permis de profiter gratuitement de ses remontées mécaniques ; • Christian Buchard, qui m’a offert l’hospitalité dans sa cabane du Petit-Pré à chaque fois que j’en ai eu besoin ; • Gérard Raymond, pour la polenta au Lui d’Août ; • Anne-Laure Junge et Aurélie Ruffieux, également mémorantes, avec qui j’ai passé ces deux derniers mois de mémoire à écrire…et rigoler ! • …et toutes celles et ceux que j’ai oubliés…qu’ils soient remerciés ici. Photos de couverture (de gauche à droite et d’en haut en bas) : Vue sur le Couloir du Chavalard et sur le Creux du Bouis Glacier rocheux de La Basse Glace interstitielle aux Blettes d’Euloi Mesures BTS aux Diablerets 1 TABLE DES MATIERES Remerciements 1 Résumé 7 Liste des figures 8 Liste des photos 10 Liste des tableaux 12 Liste des cartes 12 1. INTRODUCTION 13 1.1 Cadre général 13 1.2 Objectif général 14 1.3 Structure du travail 15 2. RAPPELS THEORIQUES 16 2.1 Pergélisol 16 2.1.1 Définition 16 2.1.2 Structure et bilan d’énergie du pergélisol 17 2.1.3 Facteurs qui déterminent l’occurrence du pergélisol 18 2.1.4 Origine de la glace dans un pergélisol 20 2.2 Eboulis 21 2.2.1 Définition, morphologie et sédimentologie 21 2.2.2 Caractéristiques, processus et types d’éboulis 21 2.2.2.1 Caractéristiques 22 2 2.2.2.2 Processus 22 2.2.2.3 Types d’éboulis 24 2.3 Pergélisol et éboulis 25 2.3.1 Le pergélisol dans la partie inférieure des pentes 25 2.3.2 La redistribution de la neige par les avalanches 26 2.3.3 Circulation d’air à l’intérieur des éboulis 26 2.3.3.1 Fonctionnement de la ventilation interne (ou « effet de cheminée ») 27 2.3.3.2 Indices de l’existence du processus de ventilation interne 28 2.3.3.3 Occurrence du système de ventilation interne à haute altitude 29 2.4 Relations entre pergélisol et lithologie 30 2.4.1 Lithologie, géomorphologie et pergélisol 30 2.4.2 Granulométrie et pergélisol 32 2.4.2.1 Porosité et ventilation interne 34 3. PROBLEMATIQUE ET METHODES 35 3.1 Problématique 35 3.2 Méthodes 38 3.2.1 Observations de terrain 39 3.2.1.1 Cartographie géomorphologique 39 3.2.1.2 Autres observations 39 3.2.2 Méthodes thermiques: la température du sol 40 3.2.2.1 Variabilité inter-annuelle de la GST 40 3.2.2.2 Variabilité spatiale de la GST 41 3.2.2.3 La méthode BTS 42 3.2.2.4 La méthode GSTM 43 3.2.3 Géoélectrique 46 3.2.3.1 Principe et application de la méthode 47 3.2.3.2 Facteurs contrôlant la résistivité 49 3.2.3.3 Sondages géoélectriques 51 3.2.3.4 Traînés géoélectriques 54 3.2.4 Sismique-réfraction 55 3.2.4.1 Profil sismique au marteau 55 3.2.5 Granulométrie 58 3 4. TERRAIN D’ETUDE 60 4.1 Cadre géographique 60 4.2 Cadre climatique 61 4.2.1 Température et enneigement 62 4.3 Cadre géologique 64 4.3.1 Charmettes et La Basse 65 4.3.2 Couloir du Chavalard 66 4.3.3 Creux du Bouis, Grand Château et Petit Château 66 4.3.4 Col du Fenestral et Blettes d’Euloi 66 4.4 Cadre géomorphologique 66 5. ANALYSE DES RESULTATS 69 5.1 Sondages géoélectriques paramétriques 69 5.2 Charmettes 70 5.2.1 Caractéristiques géomorphologiques 70 5.2.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 71 5.2.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 71 5.2.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 74 5.2.2.3 Propriétés sismiques et granulométriques de l’éboulis 75 5.2.2.4 Autres observations 77 5.2.2.5 Synthèse 79 5.3 Creux du Bouis 80 5.3.1 Caractéristiques géomorphologiques 80 5.3.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 81 5.3.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 81 5.3.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 84 5.3.2.3 Propriétés granulométriques de l’éboulis 85 5.3.2.4 Autres observations 87 5.3.2.5 Synthèse 88 5.4 Couloir du Chavalard 89 5.4.1 Caractéristiques géomorphologiques 89 4 5.4.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 90 5.4.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 90 5.4.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 91 5.4.2.3 Autres observations 92 5.4.2.4 Synthèse 93 5.5 La Basse 94 5.5.1 Caractéristiques géomorphologiques 94 5.5.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 95 5.5.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 95 5.5.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 98 5.5.2.4 Synthèse 99 5.6 Petit Château 100 5.6.1 Caractéristiques géomorphologiques 100 5.6.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 100 5.6.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 101 5.6.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 101 5.6.2.4 Synthèse 102 5.7 Grand Château 103 5.7.1 Caractéristiques géomorphologiques 103 5.7.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 104 5.7.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 104 5.7.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 107 5.7.2.3 Autres observations 111 5.7.2.4 Synthèse 112 5.8 Col du Fenestral 113 5.8.1 Caractéristiques géomorphologiques 113 5.8.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 114 5.8.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 115 5.8.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 117 5.8.2.3 Propriétés granulométriques de l’éboulis 118 5.8.2.4 Autres observations 121 5.8.2.5 Synthèse 121 5.9 Blettes d’Euloi 122 5.9.1 Caractéristiques géomorphologiques 122 5 5.9.2 Mesures effectuées, résultats obtenus et interprétation 123 5.9.2.1 Propriétés électriques de l’éboulis 123 5.9.2.2 Propriétés thermiques de l’éboulis 124 5.9.2.4 Autres observations 125 5.9.2.5 Synthèse 126 6. DISCUSSION DE SYNTHESE SUR LES RESULTATS OBTENUS 127 6.1 Distribution du pergélisol 127 6.2 Caractéristiques du pergélisol 129 6.3 Processus mis en évidence 130 7. CONCLUSION 133 7.1 Conclusions générales 133 7.2 Perspectives de recherche 134 7.2.1 Stratégie de mesures 134 7.2.2 …et la modélisation ? 135 8. BIBLIOGRAPHIE 136 6 Résumé Cette étude s’insère dans le contexte du réchauffement climatique global, domaine dans lequel la modélisation de la distribution du pergélisol acquiert de plus en plus d’importance en raison des risques liés à l’instabilité potentielle des pentes soumises aux conditions de gel permanent. La distribution du pergélisol a souvent été modélisée de manière assez grossière par rapport à la réalité rencontrée lors de la prospection de terrain. Les raisons d’un tel écart naissent de la difficulté d’intégrer dans la modélisation les processus complexes agissant dans les milieux naturels. Ce mémoire propose donc une étude de la distribution et des caractéristiques du pergélisol ainsi que des processus agissant au sein des éboulis calcaires de haute altitude (> 2000 m). Les éboulis constituent en effet une surface très importante du relief alpin et ont été jusqu’à ce jour encore peu étudiés. Huit éboulis de la région du Grand Chavalard (Valais, Suisse) ont été abordés, pendant deux étés et deux hivers, par différentes méthodes, à savoir la géoélectrique, les mesures de la température de la surface du sol, la sismique- réfraction et la granulométrie. Le réseau de mesures mis en place a permis de mettre en évidence la complexité de la distribution du pergélisol. Dans la plupart des cas, un pergélisol semble occuper uniquement la partie inférieure des éboulis, alors qu’il est présent dans le sous-sol sur la totalité de la pente de deux éboulis seulement. Parfois, aucune trace évidente de pergélisol n’est mise en évidence, même à des altitudes qui lui sont favorables. D’après la géoélectrique et les températures de la surface du sol, les pergélisols détectés semblent souvent avoir des origines et des caractéristiques différentes. Ainsi, ressortent de cette étude trois processus dominants, responsables de la répartition du pergélisol dans les éboulis de haute altitude : l’existence d’une ventilation ascendante hivernale à l’intérieur des éboulis poreux, la redistribution de la neige par les avalanches et le vent et les échanges thermiques entre le sous-sol et l’atmosphère dictés par la granulométrie du dépôt.