Bilan activité

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1 Bilan activité Version définitive septembre 2009

2 Sommaire I Bilan général... II Bilan thèmes... 2 Thème Climat moderne Thème Chimie atmosphérique et interactions air-neige Thème Paléoclimat et Paléo-environnements Thème Matériau glace III Annexes... A0. Publications A. Enseignement, thèses et communication A2. Formation permanente A3. Hygiène et sécurité... 87

3 BILAN GENERAL DE L UNITE LGGE UMR583 CNRS Université Joseph Fourier-Grenoble Fondé en 958 par Louis Lliboutry ( 2007), le Laboratoire de l Aiguille du Midi, devenu en 962 Laboratoire de Glaciologie Alpine, devient UPR Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'environnement (LGGE) en 970 avec l arrivée de l équipe de Claude Lorius. Cette unité est maintenant une Unité Mixte de Recherche (UMR 583) depuis le er janvier 2003 sous la double tutelle du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et de l Université Joseph Fourier (UJF, Grenoble I). Contexte national Au CNRS, le LGGE dépend principalement de l INSU mais également de l INSIS et de l INEE. A l'université, le LGGE est rattaché à l'observatoire des Sciences de l'univers de Grenoble (OSUG) ainsi qu aux pôles TUNES (Terre Univers Environnement Société) et SMING (Science des Matériaux, Ingénierie). Il bénéficie largement du support technique de l'institut Polaire Français Paul-Emile Victor (IPEV) pour les opérations dans les régions polaires. Par ailleurs, le LGGE accueille des chercheurs de l'institut de Recherche et Développement (IRD) qui travaillent principalement sur les glaciers tropicaux. Ces chercheurs étaient rattachés à l UR Great Ice de Montpellier ; depuis 2009, ils sont rattachés au LTHE à Grenoble qui a l IRD comme tutelle. Contexte international Le LGGE est depuis toujours très engagé au niveau international. De nombreux chercheurs participent aux organismes internationaux (IPCC, SCAR), développent des projets européens (EPICA-MIS, CARBOSOL, ) et collaborent avec de nombreux laboratoires étrangers (plusieurs dizaines). Notons en particulier le développement des relations avec la Chine, le GDRE Vostok, et les nombreuses opérations polaires qui sont pour la plupart internationales. Les liens avec l UR Great-Ice nous ont apporté des collaborations principalement avec l Amérique du Sud et l Himalaya (Inde, Népal). Par ailleurs, de nombreuses thèses sont menées en co-tutelle, et le LGGE soutient fortement l école européenne ERCA qui connaît un grand succès depuis 8 ans. Enfin, la compétence des services techniques est reconnue et sollicitée internationalement en ce qui concerne les carottages. Année Polaire Internationale et 50 ans du LGGE Le dernier quadriennal a été marqué par la conjonction de deux événements importants autour desquels se sont montées plusieurs opérations scientifiques et de communication. L Année Polaire Internationale, 3 ème du nom, célébrait également le 50 ème anniversaire de l Année Géophysique Internationale qui vit un essor considérable des connaissances scientifiques, en particulier dans les zones polaires. Cette «année» s est en fait déroulée sur 2 ans ( ) et a mobilisé de très nombreux scientifiques à l échelle internationale. Dans la réalité, plusieurs opérations sont encore en cours car l API a également joué son rôle en créant une dynamique pluri annuelle. Nos opérations polaires, en lien avec l IPEV, se sont pour la plupart déroulée dans ce cadre. Sans être exhaustif, on peut citer les projets de carottage, les raids scientifiques en Antarctique, l étude du système Océan-Glace-Atmosphère en Arctique, sans oublier toutes les opérations qui ont profité de la nouvelle base franco-italienne Concordia en Antarctique. Au total, le LGGE participe à projets internationaux labellisés API. D un point de vue communication (cf. Annexe ), le point d orgue de ce quadriennal a été l organisation de 2 journées en avril 2008 autour des 50 ans du LGGE et de l API : organisation de

4 conférences grand public, rédaction de plaquettes, voyage de presse à Chamonix, célébration au LGGE avec le président de l UJF et les directeurs du CNRS et de l IPEV, inauguration d une exposition au CCSTI. Dans un premier temps, le bilan scientifique est mis à la lumière de la prospective écrite en 2005 d une manière très succincte, puis une analyse des moyens financiers, humains, et techniques du laboratoire est donnée en regard de ces objectifs. Enfin, le bilan scientifique est résumé pour chaque thème. Les bilans scientifiques détaillés apparaissent dans un volume séparé. Des points plus détaillés concernant la production scientifique (Annexe A0), la formation par et pour la recherche, l enseignement, la communication (Annexe A), la formation permanente (A2), l hygiène et la sécurité (A3) sont donnés en fin du présent volume. - Bilan scientifique «La spécificité des recherches du LGGE est la compréhension des processus fondamentaux dans les milieux polaires et de haute altitude, portant sur le climat, la chimie et le matériau glace à différentes échelles spatio-temporelles et selon une triple approche : observation, modélisation et études de laboratoire. Cette spécificité doit rester au cœur de nos métiers car elle représente notre force, notre lisibilité et notre articulation avec les autres unités. Par ailleurs, elle est synonyme de fortes synergies en interne. Cela ne doit évidemment pas nous empêcher de rester à l écoute des grandes questions posées à nos sociétés et d explorer de nouveaux domaines de recherche.» (Extrait Prospective 2005) Telle était notre positionnement général dans le dernier document de prospective et telle a été notre démarche globale depuis lors. Les travaux de recherche se sont articulés, comme défini début 2003, autour de 4 thèmes dont les objectifs et les principaux résultats sont détaillés par la suite: Climat moderne et observations glaciologiques, Chimie atmosphérique et interactions air-neige, Paléoclimats et paléo-environnements, Matériau glace et dynamique des glaciers et calottes polaires. Quelques points forts avaient été mis en exergue dans le dernier document de prospective, qui sont repris in extenso ci-dessous : «ancrage fort dans le système des observatoires : Glaciers du monde (Glacioclim) avec un recrutement récent en 2005, Cycle du Soufre en Antarctique (CESOA) avec l ouverture de la station Concordia, la pollution atmosphérique vue depuis les sites d altitude (PAES) pour valoriser la position exceptionnelle de l observatoire Vallot et du refuge des Cosmiques dans le Massif du Mont-Blanc, actions majeures dans l étude des paléoclimats et environnements à partir des archives glaciaires (EPICA, Vostok, Talos Dome et Dôme A en Antarctique, glaciers dans les Andes, Groenland) grâce à notre expertise scientifique, à nos compétences techniques, analytiques et de modélisation, et à la coordination de projets internationaux et d initiative nationale (groupe Carottes de Glace France) implication au niveau régional pour l étude de la chimie atmosphérique (de l aérosol organique en particulier), le suivi des glaciers, les risques glaciaires et la régionalisation du climat, développement des études sur la glace de mer grâce à la conjonction d une double expertise sur la mécanique de la glace et la modélisation du système couplé Atmosphère-Glace- Océan, développement et validation de nouvelles approches multi-échelles en utilisant la glace comme matériau modèle, en lien avec la communauté matériau du secteur SPI, 2

5 volonté d augmenter notre capacité en modélisation (déjà reconnue en ce qui concerne les climats polaires et les calottes polaires) en y adjoignant un volet, d une part, en chimie atmosphérique et, d autre part, sur le cycle du carbone dans le passé en lien avec les archives glaciaires, nouveaux développements analytiques : isotopie indépendante de la masse ; structure de la glace et de la neige en s appuyant d une part sur les recrutements d un IR (janvier 2006) ainsi que sur des expérimentations originales sur le terrain, à la Station Concordia ou à l ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) de Grenoble ; études physico-chimiques de l aérosol organique.» (Extrait Prospective 2005) Pratiquement tous ces objectifs ont été atteints, comme on pourra le voir dans les bilans par thème. Un point plus faible concerne l aspect modélisation chimie atmosphérique qui n a toutefois pas été négligé ( thèse et 4 articles), ainsi que l aspect modélisation du cycle du carbone qui va pouvoir maintenant se développer avec le recrutement récent d un enseignant-chercheur. Finalement, un dernier objectif n a pas été à la hauteur de notre ambition par manque de moyens humains, c est celui de la régionalisation du climat alpin qui constitue toujours un enjeu important dans le cadre plus large de l OSUG. Parallèlement, un thème de recherche s est développé au delà de nos prévisions, pour tenir compte de l enjeu majeur de la contribution des calottes polaires au niveau des mers. Il s agit de la contribution des glaciers émissaires desdites calottes, dont l importance a été reconnue récemment au niveau international (Rapport IPCC, 2007). Le LGGE a su se structurer autour de cette thématique au travers de nouveaux programmes d observation et de modélisation (ANR DACOTA, projet européen ICE2SEA, nouvelle équipe Edge, recrutement d un CR CNRS) afin de rester à un niveau internationalement reconnu, et cet effort commence à porter ses fruits. Toute cette activité a abouti à une forte production dans des revues de très bonne qualité, avec beaucoup d articles à fort impact et, en parallèle, un effort certain de vulgarisation. Quantitativement, nous dénombrons près de 300 publications de rang A sur la période (dont 0 publications dans Nature et 5 dans Science), produites par 33 ETP C-EC. Ce chiffre est comparable à celui du quadriennal De même, plusieurs chercheurs ont été récompensés pour leurs travaux. (Annexe A0) De part ses activités, le LGGE n'a que peu de liens privilégiés avec le monde industriel. Nous pouvons cependant noter les activités du thème «matériau glace» concernant des études fondamentales en lien avec la métallurgie, les protections par-avalanches, les cascades de glace avec Petzl ou celles du groupe «Glaciers» avec la société Emosson (gestion des barrages). Plus généralement, des liens de plus en plus forts existent avec les collectivités locales sur les aspects qualité de l'air (nombreux projets sur l impact de la combustion de la biomasse en Rhône Alpes, sur les travaux préliminaires au Plan Régional de la Qualité de l Air, sur un état des lieux des émissions de polluants avant une éventuelle construction du tunnel sous la Bastille, etc ) ou les aspects risques liés aux glaciers (lacs supra-glaciaires, chutes de séracs). Dans le cas du lac supraglaiaire de Rochemelon, l intervention du LGGE auprès de la préfecture de Savoie, a peut-être permis d éviter un accident majeur du à une vidange catastrophique du lac 2 Les moyens du LGGE au service de la recherche 2- Fonctionnement du laboratoire La direction du laboratoire a été assurée par un binôme (M. Fily, directeur, et, en tant que directeur-adjoint, J. Chappellaz de 05 à 08 puis J.L. Jaffrezo depuis septembre 08). Pour définir sa politique et mettre en œuvre les moyens dont elle dispose, la direction s est fortement appuyée sur différents organes internes au laboratoire, ainsi qu évidemment sur ses tutelles. 3

6 Le conseil de laboratoire (8 élus dont 3 C-EC, 4 ITA, doctorant et 3 nommés) se réunit environ une fois par mois. Le rôle du conseil est de discuter de tous les points concernant la vie du laboratoire (budget, personnel, postes etc.), de proposer des actions ou des priorités, et il sert de lien essentiel entre la direction et l ensemble du personnel. Les comptes-rendus des réunions du conseil sont tous disponibles sur l intranet. Les discussions scientifiques ont lieu au sein des thèmes, de groupes thématiques (groupe «gaz» ou «écoulement glace» par exemple), lors de nombreuses journées ou séminaires organisés sur des thèmes spécifiques (neige, régionalisation du climat) ou encore à l occasion des prospectives. Les responsables de thème interviennent directement sur les décisions concernant les priorités de postes, de thèses ou sur le budget scientifique. Les responsables de service ont un rôle important de conseil auprès de la direction et mettent en œuvre les moyens nécessaires au bon fonctionnement de l unité. Ils sont responsables de leurs propres budgets et définissent les priorités au sein de leurs services. Finalement, un certain nombre de commissions dédiées permettent de résoudre des problèmes plus spécifiques et de proposer des actions au conseil et à la direction (commission Hygiène et Sécurité, Informatique, Bâtiment, Documentation, Communication). 2-2 Moyens financiers Le soutien de base du LGGE (~470k ) a été à peu prêt constant sur la période Depuis les 3 dernières années, les recettes liées aux contrats européens et aux ANR sont en hausse, et depuis 2 ans nous recevons également un fort soutien de nos tutelles par le biais d appels d offre internes (type programmes nationaux INSU, subventions scientifiques UJF). Les ressources IPEV présentées ne tiennent pas compte du fort soutien logistique qui nous est apporté dans l organisation de nos projets polaires. La plus grande partie des ressources (2/3) est dédiée directement aux projets de recherche. La quasi-totalité du soutien de base est utilisée pour les moyens communs et essentiels du laboratoire : services communs et infrastructure, le LGGE étant hébergé par le CNRS. Cependant, la hausse des contrats est favorable à la politique scientifique du laboratoire puisque 4% des recettes sont ponctionnés et mutualisés et que tout ou partie de la somme est redistribuée en soutien à des projets internes. Nous dégageons ainsi entre 40k et 70k /an pour soutenir d une manière très souple des projets innovants ou bien des équipes en manque ponctuel de financement ou encore des projets insuffisamment financés par ailleurs. Cette politique incitative a permis par exemple plusieurs études sur la neige, des compléments d achat d équipement, ou encore une expédition à bord du navire Polarstern. 4

7 2-3 Infrastructure La forte composante expérimentale du LGGE ainsi que ses activités en montagne ou pour l étude de la glace l amène à disposer de moyens spécifiques : chambres froides, salles blanches, et bâtiments annexes dans les Alpes. D importants travaux immobiliers, soit d agrandissement avec la construction de la salle de conférence réalisée en 2004/2005 soit de rénovation d une partie des bâtiments (bâtiment 973) ont été réalisés lors des deux derniers quadriennaux. L accompagnement de ces travaux a nécessité un investissement très important d une partie du personnel de l équipe technique. Le dernier chantier a été réceptionné au printemps Ces travaux ont permis de gagner des surfaces de bureaux et d expérimentation, ainsi que d améliorer la sécurité et l isolation du bâtiment. Le laboratoire dispose de 9 chambres froides dont les températures sont régulées très précisément entre 0º C et -50º C (volume total 800m 3 ). Elles permettent la manipulation d'échantillons de glace et de neige pour des études structurales, mécaniques et physiques. Elles sont aussi dédiées à la décontamination d'échantillons naturels sous hotte à flux laminaire. Malheureusement, la vétusté de cet ensemble ne permet plus d assurer la pérennité de cet outil unique et totalement indispensable pour le LGGE. Un projet de rénovation (budget de 600 k ) est en cours dans le cadre du C2FN (Centre de Carottage et de Forage National, cf. 2-5) avec le soutien fort de l INSU. C est une priorité pour le LGGE. Pour des raisons de volume et d assurance de froid 00% du temps, les échantillons de glace naturelle sont stockés par ailleurs, dans des entrepôts frigorifiques privés de l'agglomération grenobloise, Nous disposons d environ 200 m 3 (location de 55 k /an) avec des moyens de découpe et d emballage des échantillons. Une des plus belles «carothèque» du monde (plusieurs kms de glace) y est entreposée. C est un outil unique et indispensable. Deux groupes de salles sans poussière de classe (spécifiée) et d'une superficie totale de 50 m 2 sont disponibles pour la manipulation et l analyse d'échantillons. Chaque pièce comprend une à deux hottes à flux laminaire de classe 00 et est équipée de systèmes de production d'eau ultra pure adaptés aux différentes espèces chimiques analysées. Le LGGE dispose aussi d un laboratoire semi-enterré de mesures de la radioactivité, dont les principales applications concernent la datation de sédiments ou de neige, la mesure des flux de dépôt, et la caractérisation de la circulation atmosphérique. La plupart des mesures se font dans le cadre de programmes au sein desquels le LGGE est impliqué, mais une activité de service est également maintenue car ce type d équipement est unique au CNRS. Le laboratoire dispose de nombreux outils d'analyse chimique et physique de très haute sensibilité. Les outils d'analyse chimique sont optimisés pour des espèces à très faibles concentrations que l'on rencontre dans l'atmosphère, les neiges et les glaces polaires. Ces instruments sont généralement bien adaptés aux matrices peu complexes (une seule phase : l'air ou la glace) permettant ainsi d'atteindre les niveaux de sensibilité requis. Le LGGE dispose enfin de plusieurs locaux annexes qui permettent d installer du matériel d observation et d héberger du personnel lors des missions alpines. Chalet du Clos de l Ours à Chamonix : il sert de base aux missions liées au service d observation des glaciers alpins dans le massif du Mont-Blanc et a été beaucoup utilisé lors des campagnes intensives de mesures atmosphériques. Il peut être (et a été) mis à disposition d autres équipes scientifiques. Observatoire Vallot (4360 m, Massif du Mont-Blanc) : l altitude de cet observatoire en fait un site exceptionnel et unique en Europe pour des mesures atmosphériques, qui y sont maintenues en continu depuis Une convention a été établie avec une association de médecins (ARPE) qui l utilisent pour des expériences de médecine en haute altitude. 5

8 Cabane du Glacier de St Sorlin : cette cabane est utilisée dans le cadre du SO Glacioclim qui comporte le suivi du glacier de St Sorlin depuis Moyens humains La grande variété des disciplines et des métiers est une marque de la pluridisciplinarité du laboratoire. La croissance a été raisonnablement forte ces dernières années en ce qui concerne les chercheurs et enseignants-chercheurs. La situation est beaucoup plus préoccupante en ce qui concerne les ITA dont le nombre est en constante diminution depuis 20 ans. La priorité de la direction a été, pour les ITA, d assurer les services de base essentiels au bon fonctionnement du laboratoire, et pour les chercheurs ou EC de mettre en œuvre les priorités définies lors de la dernière prospective. Potentiel recherche 8 chercheurs CNRS (5 en section 9, 3 en section 9) 9 enseignants-chercheurs UJF : 5 OSUG, 3 physique, 2 Polytech, chimie, 2 méca, IUT Chimie, IUT Génie Civil, 4 CNAP 2 chercheurs (ex Great Ice) IRD-LTHE en accueil 4 émérites La bi-appartenance INSU-INSIS résulte des études fondamentales menées sur le matériau glace. Si le LGGE est rattaché à l OSUG en tant que laboratoire, les enseignants-chercheurs (cf. Annexe - chapitre Enseignement) sont rattachés à plusieurs composantes de l UJF. Ceci est la marque du caractère pluridisciplinaire de nos recherches. C est une grande richesse que nous souhaitons maintenir. Nous avons procédé en interne à une estimation du temps passé par chacun en temps recherche (selon les thèmes), en temps consacré à l enseignement, et aux responsabilités d ordre collectif au sein d instances locales (université, OSUG ), nationales (section CNRS, CNU, CoNRS ) et internationales (IGPB, PAGES ). Cette dernière fraction ne comprend pas la part dédiée à l administration des projets de recherche. Les résultats font apparaître un assez bon équilibre entre les thèmes, ce qui était une volonté de la direction, ainsi qu une part plutôt forte en inter thème (témoignant d une perméabilité salutaire). L estimation du temps consacré aux tâches d administration de la recherche est importante : 0,5 % en moyenne soit plus d mois par an. Elle reflète l investissement important des personnels du LGGE dans le fonctionnement de la recherche. 6

9 Potentiel Ingénieurs-Techniciens-Administratifs 7 CNRS, IATOS, IRD-OSUG La proportion ci-contre a été calculée sur la base des personnels permanents. Bien qu ayant un parc instrumental important, la direction du LGGE a fait le choix de donner la priorité au maintien du potentiel des services communs afin d assurer les tâches essentielles. Les services techniques notamment assurent la conception, la réalisation et l utilisation in situ d instruments de terrain et de laboratoire Pyramide des âges et Parité Homme-Femme Toutes les classes d âge sont représentées au LGGE sans pic très marqué, ce qui est plutôt favorable à long terme. L âge moyen est de 44 ans pour les chercheurs-ec et 43 ans pour les ITA. Les ITA partent plutôt vers 60 ans tandis que les chercheurs restent jusqu à 65 ans, voire plus. La majorité des personnels permanents du LGGE est masculine (76%), la répartition hommes/femmes étant quasi identique entre chercheurs et ITA. Evolution des personnels permanents Le graphe ci-dessous montre l évolution du personnel permanent depuis 25 ans. Le nombre total est passé de 44 à environ 60 permanents sur cette période. Un des faits les plus marquants est la baisse constante du recrutement ITA malgré la hausse des recrutements de chercheurs et enseignants chercheurs. En 986, il y avait 2 fois plus d ITA que de 7

10 Chercheurs+EC, en 2009 le rapport s est inversé (9 ITA pour 37 C-EC c est à dire 0.5 ITA/CEC). De fait, les chercheurs sont maintenant de plus en plus amenés à assumer des tâches relevant en principe des métiers supports. Le LGGE arrive ainsi à une situation critique où il devient indispensable d avoir recours massivement à des CDD pour pouvoir continuer à assurer les tâches de base. L augmentation des CDD, de 5 ETP en 2005 à environ 0 ETP en 2009, est une marque d un processus qui est en train de s accentuer très fortement. Un second point fondamental est la baisse du nombre d IATOS, qui est passé de 4 à alors que nous sommes passés UMR. Dans le contexte actuel d autonomie et d engagement des universités pour leurs UMR, il paraîtrait normal que l université inverse cette tendance. Pendant la période , on note au total 2 arrivées pour 7 départs en ce qui concerne les chercheurs et enseignants-chercheurs : 2 recrutements de CR au CNRS pour 3 départs (DR) à la retraite, 5 recrutements à l UJF pour 4 départs (3 retraites et mobilité), 5 recrutements CNAP. Sur 2 recrutements, 4 n ont pas fait leur thèse à Grenoble, 2 autres viennent d un autre laboratoire du site et enfin sur les 6 anciens doctorants du LGGE la plupart ont effectué de longs séjours ailleurs (> 5ans). En ce qui concerne les ITA, les mouvements ont été également importants avec un déficit global (8 départs pour 6 arrivées). Le déficit ITA/chercheurs continue donc à se creuser et la politique du laboratoire a été depuis 4 ans de toujours afficher des ITA pour les services communs en priorité de poste tant que les besoins essentiels du fonctionnement de base ne sont pas pourvus. CNRS Personnel non permanent BAP Recrutement Départ Bilan C T, IR T, IE, IR - E T T 0 J 2 T, IE 3 T, IE - Les recherches menées au LGGE reposent en grande partie sur les forces vives constituées des doctorants et des post-doctorants. Avec en permanence une vingtaine de thèses en cours, les doctorants constituent un gros tiers du potentiel recherche du LGGE. C est donc dans l intérêt partagé du doctorant et du laboratoire que cette formation par la recherche soit une réussite. Cet aspect est abordé plus en détail dans l Annexe chapitre «formation par et pour la recherche». 2-5 Services communs et développements techniques Les différents services communs du laboratoire représentent le socle sur lequel s appuient les activités des équipes de recherche. Leur bon fonctionnement devrait être un des témoins d une réelle santé de l unité, mais il recouvre aussi des enjeux forts dans le cadre de la politique globale du LGGE. Services techniques Personnel permanent : O. Alemany, P. Boissonneau, J.F. Chemin, R. Duphil,, J.L. Gabarre, E. Lefebvre, P. Possenti Les services techniques du LGGE regroupent différents ateliers : bureau d étude, atelier mécanique, électronique, bâtiment. Ils sont organisés pour répondre aux besoins spécifiques des équipes du laboratoire. Le champ de responsabilité de l équipe technique est très large. Il va de l entretien courant du bâtiment et des locaux techniques du laboratoire, à la réalisation de pièces mécaniques ou de cartes électroniques destinées à des instruments de laboratoire, jusqu à la réalisation d ensembles instrumentaux de terrain comme les carottiers utilisés lors des opérations de forage profond en Antarctique et au Groenland. 8

11 La mission principale des services techniques du LGGE reste la conception, la réalisation et la mise en œuvre d ensembles instrumentaux de terrain (devant être utilisés en zones polaire ou en haute Altitude). Durant le dernier quadriennal, l équipe technique s est dotée d outillages modernes (comme le centre d usinage numérique) ou de moyens expérimentaux de pointe (comme l enceinte climatique basse température ou le bain d étalonnage pour capteurs de température) afin de pouvoir continuer à développer des instruments de terrain novateurs devant être utilisés dans des conditions extrêmes (très basses températures, hautes pressions ) tout en conservant un très haut niveau de fiabilité. Depuis avril 2009, les activités de l équipe technique liées au terrain (conception, développement et mise en œuvre en Antarctique au Groenland ou en Haute Altitude d engins de forage ou de logging) ainsi que les chambres froides du LGGE et l espace de découpe de la glace à la carothèque du Fontanil ont étés labellisés «outil national» sous l appellation de Centre de Carottage et de Forage National (C2FN) en glaciologie. La communauté qui peut bénéficier des services (matériel ou personnel) a ainsi été élargie à d autres laboratoires ou organismes (LSCE, CEREGE, IPEV, IRD ). L expertise des personnels de l équipe technique est très largement reconnue au niveau international par le biais de nominations dans de nombreux comités de pilotage de projets Européens. On citera notamment les responsabilités d O. Alemany en tant que représentant technique au sein du comité de pilotage Europics depuis avril 2008 et membre du drilling group dans le cadre des projets de carottage Européens (EPICA jusqu à 2005, NEEM depuis avril 2008, Talos Dôme de 2006 à 2008 ). Les services techniques ont été fortement impliqués dans plusieurs projets ou opérations dont quelques exemples emblématiques sont donnés ci-dessous. Il est à noter que ces projets incluent quasi systématiquement des missions imposant une forte présence sur le terrain (plusieurs dizaines d hommes.mois/an) et une expertise incompatible avec des CDD. Carottage grande profondeur au Groenland dans le cadre du programme Européen N.E.E.M (North greenland EEmian ice Drilling) regroupant 8 nations. L équipe technique a participé aux opérations de carottage (en cours) sur site, mais aussi (et surtout) à la conception du nouvel ensemble de forage. Carottage moyenne profondeur dans le cadre du projet Franco/Italien (avec participation Britannique, Suisse et Allemande) de Talos Dôme en Antarctique ( ) L équipe technique a participé à toutes les saisons de forage et, surtout, a fourni le carottier qui a été utilisé pour atteindre la profondeur de 600 mètres durant la saison 2007/2008. Carottage moyenne profondeur dans le cadre du projet Franco/Britannique James Ross L objectif (atteint) était de réaliser en une saison de terrain un forage jusqu au socle rocheux, à la profondeur de 360 mètres sur le site de l île de James Ross en Péninsule Antarctique. L équipe technique du LGGE a été responsable du carottage et de la préparation du matériel. Nouvel ensemble de forage de «faible profondeur» dédié au site de Dôme Concordia Cet ensemble de forage a été réalisé dans le cadre du programme Concordia Glaciologie et devra rester sur site au service de communauté scientifique. Il a été utilisé sur site en 07/08 et 08/09 pour 4 forages de 50 à 50 mètres de profondeur. Conception et mise en œuvre de la sonde de mesure de température Cette sonde permet de réaliser des mesures avec une précision de /00 de degré Celsius en relatif avec une résolution au /000 de degré. Cette sonde a été utilisée avec succès dans les trous de forages sur les sites de Berkner Island (2005/2006) et EPICA Dôme C (2007/2008 et 2008/2009) permettant d obtenir les profils de température avec une précision encore jamais atteinte. Il n existe qu un seul autre ensemble de ce type aux USA. 9

12 Ensemble de grappe de mesure de température L objectif est de mesurer avec précision les températures dans le névé jusqu à une profondeur de 20 mètres dans des conditions de froid extrême ( 80 C). L ensemble des données acquises est ensuite transmis toutes les heures en Europe via Argos. Service informatique Personnel permanent : M.C. Mieulet, E. Drevet, M. Sacchettini Avec près de 200 machines sur site, le parc global du LGGE est important et nécessite un travail constant de remise à niveau et d homogénéisation. Le rôle du service est d assurer le fonctionnement et la disponibilité des systèmes d information et du réseau local, et d assister le personnel dans le domaine de l informatique de base et le calcul scientifique. Le service s est fixé en première priorité l amélioration de la sécurité du réseau et des systèmes selon les préconisations de plus en plus contraignantes des tutelles. Dans ce domaine, plusieurs projets ont été réalisés : restructuration de l architecture réseau ; pour les nomades, sécurisation du service de messagerie, accès au réseau local par VPN, utilisation des certificats ; installation d un serveur pour les mises à jour automatiques des systèmes Windows ; étude et mise en place d un système anti-intrusion. Un autre grand projet a concerné une opération de jouvence sur les serveurs : installation de 2 nouveaux serveurs pour les services de messagerie et pour le service espace utilisateurs. La mise en place d un projet de migration a permis la bascule sur les nouveaux serveurs sans discontinuité de services ni perte d informations pour les utilisateurs. Il est à noter que le service informatique fonctionne au prix d un investissement important de l équipe alors qu il est en sous effectif chronique. Par ailleurs, une partie des calculs scientifiques est déportée soit sur les moyens de mésoinformatique de l UJF (CIMENT), soit sur les moyens nationaux (IDRIS). Service administratif Documentation Personnel permanent : M. Gallardo, E. Lussi, M. Poinsot Une profonde mutation des métiers de gestion en laboratoire s est amorcée sur la période , notamment du fait de l arrivée de nouveaux logiciels de comptabilité qui ont induit un alourdissement de la saisie des mouvements et des difficultés importantes de suivi. Cette période a également été marquée par la perte de 2 postes ce qui nécessite aujourd hui le recours permanent à un CDD. L activité financière prenant de plus en plus de temps (complexification des sources de financements et des processus de gestion), le service administratif a dû fortement réduire son implication sur d autres aspects, notamment en ce qui concerne la communication et la documentation. Côté communication, le service n a plus le potentiel nécessaire pour soutenir efficacement un montage de colloque ou encore pour s investir en termes de réception/diffusion des sollicitations extérieures (cette dernière charge est assumée par un enseignant-chercheur). D un point de vue documentation, la mutation a été profonde d une part à cause de la généralisation des ressources électroniques et, d autre part par la perte de tout IT affecté à cette tâche. Pour la documentation électronique le LGGE s appuie de plus en plus sur l OSUG. La bibliothèque a été déplacée pour faire des bureaux, le budget des abonnements est passé de 33k à 5k. Actuellement, le service administratif ne prend en charge essentiellement que l acquisition des quelques revues auxquelles nous sommes abonnés ainsi que le recensement de tous les articles de rang A publiés au laboratoire et leur mise en ligne sur le site Web. Un enjeu est donc la conservation des importantes collections de revues dont dispose le LGGE. 0

13 ORGANIGRAMME du LABORATOIRE DE GLACIOLOGIE ET GEOPHYSIQUE DE L'ENVIRONNEMENT MAJ : mai-09 Directeur Responsabilités collectives : M. FILY (Pr) ACMO : P. Possenti (AI) Directeur Adjoint PCR : O. Magand (IE) J.L. Jaffrezo (CR) Co-Fo : G. Teste (TCS) SERVICE INFORMATIQUE SERVICE ADMINISTRATIF SERVICES TECHNIQUES MC Mieulet (IR) 60% M. Gallardo (IE) O. Alemany (IR) Electronique Gestion Bibliothèque M. Sacchettini (IR/UJF) 30% Atelier Général Bureau d'etudes Infrastructure Electrotechnique E. Lussi (TCS) A. Gayraud (CDD 0%) E. Drevet (AI) P. Boissonneau (TCE) 80 % P. Possenti (AI) 50 % P. Possenti (50 %) Chambres froides M. Poinsot (TCS) S. Serrano (CDD 50%) E. Lefebvre (IE) J.F. Chemin (AI) A. Gayraud (CDD 90%) R. Duphil (TCN) 00% Menuiserie - Entretien Bâtiment J.L. Gabarre (TCS) P. Boissonneau (TCE) 20 % THEMES DE RECHERCHE T H E M E P R I N C I P A L T H E M E S E C O N D Climat Moderne et Observations Glaciologiques Chimie Atmosphérique et Processus air-neigeglace glaciaires calottes polaires Paléo-climat, Paléo-environnement Archives Matériau glace et dynamique des glaciers et Animateur G. Krinner (CR) Animateur M. Legrand (DR) Animateur J.R. Petit (DR) Animateur J. Weiss (DR) Suppléant Y. Arnaud (CR IRD) Suppléant J. Savarino (CR) Suppléant F. Parrenin (CR) Suppléant O. Gagliardini (MC) J.P. Benoist (MC) D. Six (Phys. Adj. CNAP) R. Delmas (DR émérite) S. Preunkert (CR) J.M. Barnola (CR) L. Arnaud (IR) M. Fily (Pr) P. Wagnon (CR IRD) F. Dominé (DR) D.Voisin (MC) C. Boutron (Pr) C. Brutel-Vuilmet (MC) V. Favier (Phys-Adj.) C. Vincent (IR) A. Dommergue (MC) J. Chappellaz (DR) P. Duval (DR Emérite) H. Gallée (DR) C. Ferrari (Pr) G. Delaygue (MC) F. Louchet (PR Emérite) C. Genthon (DR) P. Ginot (IR IRD) 50% M. De Angelis (IRHC) J. Meyssonnier (DR) P. Ginot (IR IRD) 50% S. Houdier (MC) D. Raynaud (DR Emérite) M. Montagnat- Rentier (CR) E. Le Meur (MC) V. Jacob (MC) C. Ritz (DR) A. Philip (MC) A. Letreguilly (MC) H.W. Jacobi (CR) G. Teste (TCS) O. Magand (IE) J.L. Jaffrezo (CR) G. Picard (MC) B. Jourdain (Phys. Adj. CNAP) M. Sacchettini (IR) 70% P. Martinerie (CR) F. Dominé (DR) C. Boutron (Pr) R. Delmas (DR émérite) M. Montagnat (CR) J.M. Barnola (CR) J. Chappellaz (DR) P. Duval (DR émérite) J. Savarino (CR) C. Vincent (IR) M. De Angelis (IR ) C. Ferrari (Pr) J. Weiss (CR) E. Le Meur (MC) C. Genthon (DR) G. Krinner (CR) C. Ritz (DR) F. Parrenin (CR) Thèses Post-doc, CDD, Thèses Post-doc, CDD, Thèses Post-doc, CDD, Thèses Post-doc B. De Fleurian L. Piard C. Baduel S. Morin L. Girard G. Durand L. Brucker M. Town C. Larose A. Quiquet O. Pascual F. Grennerat M. Ying M. Dumont E. Barret D. Buiron R. Dallmayr C. Agosta J. Courteaud G. Navas B. Lemieux G. Pépy I. Moreno J. Erbland L. Colleoni* JC Gallet M. Chuvochina* J. Bock * Thèse en co-tutelle

14 Thème : Climat Moderne et Observations Glaciologiques La cryosphère (polaire ou non) est un indicateur et acteur sensible des variations climatiques, et les changements climatiques prévus sont particulièrement forts dans les régions polaires. Par conséquent, les principaux objectifs du thème «Climat moderne et Observations Glaciologiques» étaient de :. améliorer notre compréhension du rôle de la cryosphère dans le climat global ; 2. préciser la sensibilité de la cryosphère aux changements climatiques naturels ou d'origine humaine ; 3. caractériser le climat récent et actuel des régions polaires. Ces dernières années, notre équipe a porté une attention particulière au bilan de masse en surface des glaciers et des calottes de glace, d'une part pour son rôle dans l'évolution du niveau global des mers, d'autre part parce qu'il est un des facteurs déterminants de la sensibilité des glaciers aux variations climatiques. La stratégie mise en œuvre pour atteindre nos objectifs scientifiques consistait à associer étroitement l'observation à la modélisation, ainsi que de favoriser les synergies entre les travaux sur les régions polaires et les glaciers de montagne. Du fait de la restructuration des équipes du LGGE dans le cadre des prospectives et de la disparition du thème dans sa forme actuelle, le présent rapport sur les quatre dernières années est aussi l'occasion de faire un bilan rapide des acquis pérennes du thème sur toute la période de son existence, avant d'aborder le bilan scientifique proprement dit. L'acquis le plus visible est sans doute la création du SO Glacioclim. Au-delà des progrès scientifiques qui seront décrits par la suite, ce service d'observation a permis de fédérer les travaux de terrain en région de montagne et en Antarctique, créer des convergences fructueuses d'approche scientifique et assurer une excellente visibilité des travaux du LGGE. Un deuxième acquis durable aura été la création d'un pôle fort de recherches sur le bilan de masse des calottes de glace, de la mesure du bilan de masse en surface en passant par sa modélisation (présent et futur) à l'étude théorique, numérique et observationnelle de l'écoulement des calottes en lien avec les variations climatiques. Cette dynamique résistera très certainement au fait que ces porteurs ne seront plus regroupés au sein d'une seule équipe. Un aspect moins positif est que nous devons constater que nous n'avons pas encore réussi à créer un axe de travail fort et pérenne sur la régionalisation du climat en zone montagneuse avec un point focal sur les glaciers de type alpin. Ce chantier reste donc ouvert. Dans la suite, les principaux résultats seront présentés d'abord pour les recherches sur les composantes polaires du système climatique (en procédant de l'atmosphère en haut vers le bas) et ensuite pour les glaciers de montagne, dont l'activité principale, portant sur le lien entre les variations climatiques et l'évolution des glaciers, est complétée par des travaux à fort intérêt sociétal immédiat (risques glaciaires, ressources en eau). - Composantes polaires du système climatique - Atmosphère Voir section.. du bilan détaillé Le caractère extrême du climat polaire en fait un terrain fécond pour les études des processus météorologiques en général. C'est en particulier sur les processus liés à la couche limite de surface en région polaire que le LGGE a travaillé ces dernières années aussi bien du côté de l'observation que de la modélisation, avec une forte interaction entre ces deux volets. En effet, la compréhension insuffisante des échanges turbulents dans une couche limite très stable, fréquente dans les hautes latitudes, est (avec la faible connaissance de la physique des nuages polaires) une des principales raisons de la représentation toujours peu satisfaisante du climat polaire dans les modèles de climat 2

15 globaux de la génération actuelle. Le fait principal de notre activité récente dans ce domaine est que nous avons démarré des observations continues et détaillées de la couche de surface au centre du plateau de l'antarctique de l'est, une région où le manque d'observations limite sérieusement le progrès de nos connaissances. Les données acquises, à caractère unique, ont été utilisées d'une part dans le contexte du programme CONCORDIASI, qui vise à évaluer les analyses météorologiques utilisant des systèmes d'observation innovants dont le sondeur infrarouge IASI, d'autre part pour améliorer la représentation des processus de couche limite dans le modèle atmosphérique MAR spécialement dédié aux régions polaires. Production scientifique sur la période : 7 articles de rang A parus ou acceptés Surface Voir section..2 du bilan détaillé Les travaux sur le bilan de masse et le climat en surface de l'antarctique constituent le noyau central des activités de l'équipe dans le domaine polaire. Notre activité dans ce domaine est caractérisée par une forte intégration entre observation et modélisation qui constitue une des bases de notre visibilité au niveau national et international. Les activités en télédétection spatiale par microonde passive au LGGE visent à observer le climat Antarctique des 30 dernières années et en particulier ses variations spatiales. Celles-ci sont totalement inaccessibles avec les observations météorologiques conventionnelles. Les microondes sont particulièrement sensibles à trois variables climatiques : la température de surface, la fonte superficielle et l'accumulation de neige. Nos travaux portent sur le développement, l'amélioration et l'évaluation d'algorithmes pour l'estimation de ces trois variables à partir des nombreuses données microondes disponibles. Notre approche s'appuie en premier lieu sur une compréhension détaillée des interactions microonde-neige avec le support de la modélisation électromagnétique et physique de la neige, dont le développement et la validation réussie constituent le fait principal de notre activité récente. Ce modèle a permis de produire des nouvelles cartes annuelles de fonte en surface et de montrer que l'insuffisante prise en compte de l'effet du processus de fonte/regel sur l'émissivité de la surface en micro-onde induit de forts biais dans les estimations publiées du taux d'accumulation de neige en Antarctique. Ce dernier travail s'est effectué en parallèle et en lien avec un travail intense de contrôle-qualité des observations publiées du BMS (Bilan de Masse de Surface) de l'antarctique dans le cadre du programme ITASE et du SO Glacioclim. La création du volet Antarctique de Glacioclim a permis d'établir une ligne de balises partant de Cap Prud homme sur la côte et s'étendant jusqu'à 50 km à l'intérieur du continent en direction de Dôme C; des mesures annuelles du BMS le long de cette ligne d'observations permettent d'échantillonner convenablement la zone côtière qui est caractérisée par des gradients très forts des divers paramètres climatiques (dont toutes les composantes du bilan de masse en surface). Ces observations uniques et donc extrêmement précieuses ont été utilisées pour évaluer le degré de réalisme des modèles de climat, en particulier ceux utilisés au LGGE, et leurs discordances systématiques. L'évaluation du bilan de masse en surface présent et futur des calottes de glace a été une des activités principales en modélisation climatique des dernières années au LGGE. Le LGGE utilise pour ceci plusieurs approches complémentaires, chacune étant basée sur un outil numérique adapté. Ainsi, le modèle MAR a été mis en œuvre en collaboration avec l'université de Louvain La Neuve pour des simulations du climat groenlandais sur les dernières décennies. Ces travaux ont permis de mettre en évidence le masquage de la fonte par les précipitations dans le domaine des micro-ondes passives satellitales, de telle sorte que les estimations de fonte du Groenland basées sur la télédétection spatiale ont dû être révisées considérablement à la hausse. Nous avons utilisé le modèle de circulation générale de l'atmosphère LMDZ4, validé à l'aide des observations 3

16 mentionnées ci-dessus, pour régionaliser des scénarios de changement climatique obtenus dans le cadre de l'ipcc. Ces simulations ont permis de mettre en évidence le rôle prépondérant des régions côtières dans l'évolution future du bilan de masse en surface de l'antarctique, et donc le besoin d'une bonne résolution spatiale des modèles utilisés pour la prévision. L'océanographie n'est pas un axe de travail du LGGE. Cependant, les interactions océan-glace de mer-atmosphère font directement partie des thèmes d'intérêt évident pour la climatologie des régions côtières des calottes de glace (et même plus à l'intérieur de celles-ci, notamment en termes de sources d'humidité). Pour cette raison, plusieurs travaux en collaboration avec des laboratoires d'océanographie (LEGI, AWI) ont été effectués pour mieux quantifier le rôle de la surface océanique en régions polaires. Le point principal à mentionner ici est le couplage effectué entre le modèle MAR et le modèle océan/glace marine NEMO. Le résultat majeur obtenu avec le modèle résultant (TANGO - Triade Atmosphère, Neige Glace marine Océan) a été la mise en évidence du rôle crucial des processus à fine échelle spatiale dans la formation des eaux denses dans les polynies côtières, qui doit être paramétré dans les modèles à grande échelle. Production scientifique sur la période : 36 articles de rang A parus ou acceptés Glace continentale Voir section..3 du bilan détaillé Des récentes observations ont mis en évidence des variations rapides des vitesses d'écoulement des glaciers émissaires au Groenland et en Antarctique de l'ouest. L'Antarctique de l'est a dans le passé été négligée dans les études des variations du comportement des glaciers émissaires, bien que sa masse et le fait qu'une grande partie de base de la calotte soit sous le niveau de la mer lui confèrent un grand potentiel d'impact sur les niveau des mers. Dans ce contexte, nous avons initié le programme ANR DACOTA (Dynamique Antarctique Côtière, Terre Adélie) qui vise à une meilleure connaissance du comportement de ces glaciers côtiers en Antarctique de l'est par une double approche basée sur les observations de terrain et la modélisation numérique. Les données uniques acquises lors des observations de terrain sont utilisées pour le développement et la validation d'un modèle de petite échelle qui permettra des progrès importants dans la compréhension des phénomènes en jeu. Ces travaux à petite échelle ont été menés de front avec des études à l'échelle du continent Antarctique entier. Un aspect important dans l'estimation de la montée du niveau des mers futur est d'évaluer à quel point un drainage plus intense localisé à la côte peut avoir une influence à l'échelle de l'antarctique et avec quelle échelle de temps. Nous avons étudié séparément l'impact de l'accélération elle même et celle d'un recul éventuel de la ligne d'échouage. Le modèle d'évolution de calottes de glace GRISLI du LGGE a pour particularité, contrairement à nombre d'autres modèles de grande échelle, que sa dynamique ice-stream permet la transmission des contraintes longitudinales, ce qui rend possible l'étude du changement de volume associé à l'accélération de l'écoulement consécutif à la disparition des parties flottantes des calottes de glace. Pour l'antarctique, nous avons évalué ce changement de volume (calculé sur les 000 premières années après la disparition des parties flottantes) à environ 0 4 m 3, soit 00 gt/an. Ceci correspond à 0.3 mm/an d'augmentation du niveau des mers, ce qui est l'ordre de grandeur des variations observées par GRACE pour l'antarctique de l'ouest. En parallèle, nous avons utilisé des développements théoriques récents sur les conditions de stabilité de la ligne d échouage pour élaborer une cartographie de la sensibilité de cette ligne à des variations possibles du niveau des mers, ce qui a permis de (i) localiser les régions de la calotte Antarctique se trouvant actuellement dans une configuration d'instabilité topographique et (ii) estimer leur potentiel en terme d'élévation du niveau des mers. Il apparaît en particulier que la région du glacier test de l'astrolabe est une des régions à forte sensibilité. Ces travaux sont complétés par une analyse détaillée sur la caractérisation de la topographie de surface de l'antarctique et de son lien avec le drainage de la glace, qui s'effectue dans le cadre d'une thèse en cours. 4

17 Production scientifique sur la période : 5 articles de rang A parus ou acceptés Glaciers de montagne 2- Sensibilité des glaciers aux changements climatiques Voir section.2. du bilan détaillé Le bilan de masse, les variations d épaisseur et de surface des glaciers sont des indicateurs des changements climatiques. Le cœur de nos activités sur les glaciers de montagne sont donc des travaux visant à ) étendre les séries de mesures lacunaires dans le temps et dans l'espace afin d'obtenir une image plus fidèle de l'état de la cryosphère et de son évolution, et 2) mieux comprendre le lien entre les variations climatiques et l'évolution des glaciers soumises à celles-ci. Dans un cadre international, nous avons contribué au projet GLIMS (Global Land Ice Measurement from Space) qui a pour objectif d inventorier et de suivre, par télédétection spatiale, la majorité des glaciers estimés dans le monde. Ainsi, la pertinence d utiliser des modèles numériques de terrains obtenus à partir des satellites ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) et SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) pour des applications glaciologiques a été explorée. Les résultats montrent que le MNT SRTM, après calibration, est adéquat pour des applications glaciologiques même si un biais persiste aux plus hautes altitudes. Par contre les MNT ASTER, tels que fournis par l USGS EROS data Center, ne sont pas assez précis pour nos applications. Les images satellite permettent enfin d apporter une contribution significative à l étude de l écoulement d un glacier grâce aux observations de variations d épaisseur ou aux observations de la vitesse d écoulement. Nos mesures directes du bilan de masse sont diffusées au programme WGMS de l UNESCO dans le cadre du SO Glacioclim. Dans le massif du Mont Blanc, les épaisseurs des glaciers au dessus de 4200 m d altitude n ont pas changé significativement depuis 905. Dans les Andes, la série de bilans de masse du glacier du Zongo montre que les glaciers de la Cordillère Royale ont perdu 48% de leur surface et 43% de leur volume depuis 975. En Himalaya, deux programmes de mesures du bilan de masse ont été initiés ces dernières années en Inde en au Népal. Nous disposons actuellement de 6 ans de mesures sur le Chhota Shigri en Inde du Nord et an sur le Méra au Népal. Grâce aux observations détaillées du glacier d Argentière au cours des 50 dernières années, nous avons pu analyser et modéliser la réponse du glacier entier aux variations climatiques, en période de crue et en période de décrue. Les modèles d'écoulement glaciaire permettent de relier des séries de fluctuations glaciaires aux conditions climatiques qui en sont à l'origine. Bien que moins précise que les déductions à partir des bilans de masse mesurés, cette approche permet de remonter plus loin dans les reconstitutions climatiques comme par exemple le régime de précipitations au cours du Petit Age de Glace. L analyse des fluctuations des glaciers à la fin du Petit Age de Glace révèle une période de forte avancée des glaciers alpins entre 760 et 830. Nous avons pu montrer que la réavancée des glaciers entre 760 et 830 nécessitait une augmentation des précipitations hivernales de plus de 25% par rapport à la moyenne du 20 ème siècle. De même, en calant un modèle degré-jour sur les données du glacier Zongo, les conditions climatiques qui régnaient à la fin du dernier maximum glaciaire ont été reconstituées. L'autre intérêt d'un modèle glaciologique réside dans sa capacité à reproduire la dynamique des glaciers et ainsi de mieux comprendre leur comportement complexe. Ainsi, après amélioration du schéma numérique d'un premier modèle 2D et grâce à l'utilisation de simulations de modèles climatiques, il a été possible de prédire le futur du Glacier de Saint Sorlin à l'horizon 200. Une autre approche pour caractériser l évolution des glaciers et leur sensibilité aux fluctuations climatiques consiste à mesurer ou modéliser tous les transferts d énergie à l interface entre le glacier et l atmosphère. Ce type d étude a démarré sur des glaciers de la zone tropicale puis s est 5

18 développé plus récemment sur d autres glaciers. Dans la zone tropicale interne et la zone tropicale externe, les cycles annuels du bilan d énergie ont montré que le bilan d énergie est en majeure partie contrôlé par les flux radiatifs. Pour des raisons différentes, les glaciers de la zone tropicale interne et ceux de la zone tropicale externe répondent de façon identique aux forçages de type ENSO, avec un déficit de masse lors d événements El Niño et le contraire lors d épisodes La Niña. Dans les Alpes (Saint-Sorlin), la part des flux turbulents est plus forte mais la radiation solaire reste cependant le facteur le plus important expliquant la fonte de surface. Sur le Storglaciaren, en Suède, la corrélation entre température de l air et énergie disponible pour la fonte s explique par l importance des flux turbulents (sensible et latent). Quels que soient les zones d études, l albédo de la neige et de la glace est un paramètre important pour le bilan radiatif des glaciers et des surfaces enneigées d où l attention particulière qu on lui a apporté au travers d études de modélisation, de mesures en laboratoire et sur le terrain. L'évolution de la température interne des glaciers froids (de très haute altitude) retient aussi toute notre attention car celle-ci constitue un indicateur du climat dans des régions où les observations météorologiques sont inexistantes. Sur deux sites (Alpes et Andes), les observations montrent un réchauffement important sur les dernières décennies. Ces études ont un lien direct avec les risques naturels d origine glaciaire ; en effet, le réchauffement des glaciers suspendus pourrait déstabiliser brutalement des masses glaciaires. Production scientifique sur la période : 28 articles de rang A parus ou acceptés Risques d origine glaciaire Voir section.2.2 du bilan détaillé Bien qu'elles ne fassent pas partie de nos préoccupations scientifiques principales, les questions liées aux risques glaciaires sont de grande importance sociétale et peuvent, de façon parfois peu prévisible, mobiliser une partie de nos forces. Ainsi, nous avons pu prévenir, grâce à notre expertise, la vidange brutale d'un lac supra-glaciaire dans le massif de la Vanoise, et, en collaboration avec le LGIT et le Cemagref et grâce à des campagnes de terrain importantes, réévaluer le risque posé par le glacier de Tête Rousse dans le massif du Mont Blanc. Plus récemment, une étude du glacier de Taconnaz basée sur les observations de bilans et vitesses a permis d estimer les débits du glacier au niveau de la chute de séracs et a mis en évidence un pseudo-cycle des grosses ruptures. Le Programme européen ACQWA, qui a débuté en décembre 2008, permet de poursuivre et de développer les études sur l évolution du réchauffement des glaciers froids dans les Alpes et ses conséquences sur la stabilité des glaciers suspendus. Production scientifique sur la période : 2 articles de rang A parus ou acceptés Part de la cryosphère dans les bilans hydrologiques des zones d'altitude Voir section.2.3 du bilan détaillé Le couvert nival et les glaciers jouent un rôle important sur le régime des écoulements. Une part significative de la ressource en eau est stockée sous forme de neige et de glace. En fonction des régions, la connaissance de la répartition spatio-temporelle de ce stock est donc de première importance pour la modélisation des apports d origine nivo-glaciaire. Les études, dont les résultats sont présentés seulement dans le bilan détaillé, ont été menées en fonction de l'état des connaissances hydro-glaciologiques dans chaque zone et présentent par conséquent des avancements différents selon les régions. Les régions concernées étaient aussi diverses que le bassin versant du Zongo, en Amazonie, la zone semi-aride au Chili, et la Nouvelle Zélande ; les méthodes employées comprennent la modélisation hydrologique et atmosphérique régionale, la télédétection satellitale et l'observation sur le terrain. Production scientifique sur la période : 3 articles de rang A parus ou acceptés

19 Thème 2 : Chimie Atmosphérique et Interactions Air-Neige Durant le quadriennal écoulé les travaux de l équipe se sont articulés autour de deux grandes questions d actualité dans les domaines de la chimie atmosphérique et de la relation «chimie-climat». Le premier aspect concerne l étude de la chimie de l atmosphère des régions polaires, aussi bien Arctique qu Antarctique. Nos études ont ici porté sur la capacité oxydante très atypique de ces régions et son impact sur certains grands cycles biogéochimiques, en particulier ceux du soufre, de l azote ou du mercure. L étude des cycles biogéochimiques dans l environnement sensible que constitue les régions polaires nécessite en effet d avoir une bonne connaissance des facteurs contrôlant la nature des oxydants et leurs concentrations. Les régions polaires sont en effet le siège de phénomènes uniques comme la présence d oxydants inhabituels tels les composés bromés. On y observe aussi une photochimie de la neige très active produisant des oxydes d azote, ces derniers induisant des teneurs en OH étonnamment élevées, pouvant être supérieures à celles rencontrées sous les tropiques. L approche isotopique que nous avons ici développé avec succès (en particulier 7 O et 5 N du nitrate) a permis la réalisation de progrès importants sur ces questions (une publication parue à Science). Les processus invoqués précédemment impliquant souvent les surfaces glacées (glace de mer pour les composés bromés, manteau neigeux pour les oxydes d azote), nous nous sommes également penchés sur la physique et la chimie de la neige, en particulier sa surface spécifique. Cette approche couplant études atmosphériques et étude de la physique et la chimie de la neige s est révélée convaincante et nous avons d ailleurs développé un nouvel outil permettant une évaluation rapide de la surface spécifique de la neige par mesure de sa réflectance IR à l aide d une sphère intégrante. Ces outils et méthodes originales nous ont assuré une participation active dans les principaux programmes nationaux et internationaux touchant à l étude de l Arctique. Lors d un workshop international accueilli au LGGE et soutenu par la composante AICI de l IGAC (International Global Atmospheric Chemistry), nous avons fortement participé à la rédaction de 4 articles de synthèse abordant ces problématiques Arctiques. Enfin un élément important pour ces études en régions polaires a été l ouverture de la station permanente de Concordia en Antarctique central et son intégration au SO CESOA. Le second aspect concerne l étude de la troposphère Européenne, avec un fort accent sur les aérosols carbonés, aussi bien dans la troposphère libre que dans les vallées Alpines. Ceci trouvait sa motivation dans le défi scientifique majeur apparu dans les années 2000 concernant l abondance de la fraction carbonée de l aérosol en régions continentales dont on ne connaissait ni l origine ni les propriétés physico-chimiques (sources naturelles/anthropiques, origines primaires/secondaires, caractère hygroscopique, etc.). Plusieurs projets ont ici été menés par l équipe soit par volonté d ancrage régional, soit motivé par l utilisation de sites Alpins de très haute altitude et les carottes de glace du Mt Blanc pour documenter la troposphère libre Européenne présente et passée. Une des conclusions les plus significatives des projets POVA et CARBOSOL a été la mise en évidence de la prépondérance de la combustion de biomasse en tant que source des aérosols organiques en hiver, aussi bien dans les vallées Alpines que dans toute la troposphère libre Européenne. Ce résultat interpelle et a bien sûr des implications sociales et politiques concernant entre autres nos choix énergétiques. D autres résultats importants et novateurs ont ici été obtenus comme en témoignent les nombreuses publications dont une issue spéciale de 8 publications au JGR-Atmosphère. - Chimie Troposphérique Polaire - Chimie Troposphère Arctique Voir section 2.. du bilan détaillé La chimie de la troposphère Arctique a révélé la destruction étonnante de l ozone de surface et la «pluie» marquée de mercure. Ces phénomènes ont pour cause commune l activation des 7

20 composés halogénés provenant du sel de mer. Ceux-ci détruisent l ozone et deviennent alors les principaux oxydants troposphériques, modifiant toutes les chaines oxydantes. Nous nous sommes intéressés à ces phénomènes sous 3 angles : () les mécanismes de génération d oxydants halogénés; (2) l utilisation de l outil isotopique pour détecter l impact des chaînes d oxydation halogénées; (3) l impact des composés halogénés sur la chimie du mercure. Nous avons aussi étudié la physique de la neige Arctique, afin de mieux comprendre les échanges de composés réactifs entre le manteau neigeux et l atmosphère. L Arctique est d abord un océan et les stades initiaux de formation de la glace de mer s accompagnent de forts gradients thermiques à l interface glace-atmosphère. On observe alors la croissance de cristaux de glace dendritiques appelés Frost Flowers (FF). Nous avons effectué des mesures en Alaska et au Svalbard afin de déterminer comment et où se déroulait l activation des halogènes, et en particulier du brome. Tout d abord, nous avons établi que l activation du brome ne pouvait avoir lieu à la surface des FF, car leur surface spécifique est beaucoup trop faible. Nous avons également déterminé que le brome n était pas enrichi dans les FF, et qu un tel enrichissement, un moment supposé, ne pouvait donc pas expliquer une activation préférentielle sur les FF ou les aérosols générés par ces cristaux, une fois emportés par le vent. Finalement, nous avons pu montrer que l activation se faisait avec une constante de temps de plusieurs jours sur les aérosols générés par les FF, et que les effets de BrO pouvaient donc se faire sentir loin des zones de formation des FF. Les études antérieures d épisodes de déplétion de mercure en régions polaires ont mis en avant le rôle de BrO comme oxydant du mercure élémentaire gazeux (Hg ) au printemps. Nos propres études ont confirmé ce phénomène à Ny-Ålesund au Spitzberg au printemps et montré que ces phénomènes atmosphériques s accompagnaient de dépôts conséquents d espèces mercuriennes oxydées sur les surfaces de neige. Cependant les espèces déposées séjournent peu de temps dans le manteau neigeux et une réactivité photochimique est observée conduisant à des réémissions d Hg vers l atmosphère. Nos études sur d autres glaciers suggèrent que d autres phénomènes d oxydation prennent place plus en profondeur. La réactivité du mercure dans l atmosphère polaire et dans la neige est unique mais reste donc complexe, certains mécanismes réactionnels restant inconnus. Afin de proposer de nouvelles voies réactionnelles, nous avons initié des études théoriques à l aide de calculs effectués par les méthodes de chimie quantique. La région Arctique a aussi servi de terrain d expérimentation pour la mise en œuvre d un nouvel outil de sondage de la chimie atmosphérique basé sur la mesure des isotopes de l oxygène et de l azote du nitrate atmosphérique. Notre particularité est d inclure, en sus des deux isotopes de l azote ( 4 N, 5 N), la mesure des trois isotopes stables de l oxygène ( 6 O, 7 O, 8 O). Alors que les isotopes de l azote restent un bon indicateur des sources de l azote réactif atmosphérique, l ajout de la mesure de 7 O permet de déterminer les voies réactionnelles d oxydation des oxydes d azote sur la base d une anomalie isotopique transmise par l ozone. Cette mesure très particulière est une spécificité de notre laboratoire. Une première étape a consisté à étudier en laboratoire les mécanismes de transfert de l anomalie d O 3 vers le nitrate. Nous avons ainsi déterminé la distribution intramoléculaire de l anomalie de l ozone car les 3 atomes d oxygène de cette molécule ne sont pas équivalents. Ceci nous a permis de quantifier le taux d anomalie transférable par arrachement d un des atomes terminaux. Cette connaissance a été appliquée au système NO+O 3, premier maillon de la chaîne de dégradation des NO x (collaboration bilatérale Inde-France, CEFIPRA). Sur la base de ces résultats, les mécanismes d oxydation prévalant lors des épisodes de destruction d O 3 ont ensuite été étudiés. Nous avons ici montré de manière directe le rôle fondamental de BrO dans l oxydation des NO x. Enfin l étude d un cycle saisonnier complet à Alert a débouché sur un article à Science mettant en exergue l importance des émissions de NO x par le manteau neigeux au printemps, source qui était supposée mais non quantifiée. La couverture neigeuse influence largement la réactivité de la troposphère Arctique et quantifier son impact impose de connaitre ses propriétés physiques. L équipe a développé des méthodes originales pour mesurer la surface spécifique (SSA). La SSA intervient pour quantifier les 8

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