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Stéfanie Van-Wierts¹, Pascal Bernatchez¹ et Raphaël Certain²

EFFET DE PROTECTION DU PIED DE GLACE SUR UNE CÔTE

BASSE SABLONNEUSE EN CONTEXTE DE CHANGEMENTS

CLIMATIQUES EN MILIEU TEMPÉRÉ-FROID

¹Laboratoire de dynamique et de gestion intégrée des zones côtières, Centre d’Études Nordiques, UQAR ²CEFREM, Université de Perpignan Via Domitia [email protected]

Colloque sur les risques naturels au Québec ACFAS

11 mai 2016

Pied de glace de haut estran

Pied de glace de bas estran

FrontCrête

Neige/Glace

INTRODUCTION

Pied de glace

Colloque sur les risques naturels au Québec – ACFAS 2016

INTRODUCTION

1. HAUSSE DU NIVEAU MARIN

o 1880 à 2009: hausse de 0,21m (1,7mm/année)

o Projections 2100: 0,18m à 2m

(Jevrejeva et al., 2012 ; Grinsted et al., 2010 ; GIEC, 2007 ; GIEC, 2014,

Nicholls et al., 2011 ; Pfeffer et al., 2008 ; Vermeer et Rahmstorf, 2009)

2. HAUSSE DE FRÉQUENCE DES TEMPÊTES

o Région Nord-Atlantique: Changements dans le régime estival et hivernal des

tempêtes (Geng et Sugi, 2003)

3. DIMINUTION DE LA COUVERTURE DE GLACE DE MER

o Québec maritime: réduction marquée de la glace de mer depuis 1996

o Projection 2040-2070: diminution de 67% de la concentration des glaces de mer

maximale annuelle du GSL (Senneville et al., 2014)

4. DIMINUTION DU PIED DE GLACE

o Projection 2040-2070: diminution entre 25 et 32 jours du pied de glace (Riv.-St-Jean) (Senneville et al., 2014)

o Impacts sur le régime sédimentaire

Spécifiques aux environnements tempérés-froids

Impacts des changements climatiques sur les systèmes côtiers


y = -0.1355x + 15.259

0

5

10

15

20

25C

ou

vert

ure

de

gla

ce d

u

golf

e S

t-La

ure

nt

(%)

Service Canadien des Glaces (2016)

INTRODUCTION


Km de côte touchés par les processus glaciels (Dionne, 1970)

Hémisphère nord: 145 000 km Hémisphère sud: 30 000 km Canada: 90% des côtes affectées par les glaces saisonnières ou multi-annuelles (Forbes et Taylor, 1994)

Mondial :

• 23% population = moins de 100km de la côte (50% en 2030) (Adger et al., 2005)

• 10% population = moins de 10m d’altitude (Nicholls et Cazenave, 2010)

Est du Québec :

• 90 % population = moins de 5 km de la côte (Bourque et Simonet, 2008)

• + 1/3 de la population = moins de 500 m de la côte (Bourque et Simonet, 2008)

• Routes nationales 132,138 et 199 en bordure du littoral

OCCUPATION IMPORTANTE DU LITTORAL

Érosion Protection Sédimentation Transport sédimentaire

INTRODUCTION

o Peu d’études sur la morphodynamique du pied de glace

o Peu d’études quantitatives (plutôt des observations et descriptions)

o Les principales variables sont connues: mais quelle est leur part respectives?

o Les vagues sont peu considérées (démantèlement – Miner and Powell, 1991)

o Environnements à sedimentation fine (marais maritime) (Allard et al., 1998 ; Argow et al.,

2011 ; Dionne, 1981 ; Troude et Sérodes, 1987)

RÔLES DU PIED DE GLACE SUR LA MORPHODYNAMIQUE CÔTIÈRE?


OBJECTIFS

Quantifier l’effet de protection du pied de glace sur une côte

sablonneuse sur la côte nord du golfe du Saint-Laurent, Québec

Comment le pied de glace évolue à l’intérieur d’une saison glacielle?

Quelles sont les variables météo-marines qui contrôlent la formation et

l’évolution du pied de glace?


Comment la présence du pied de glace contribue-t-elle à protéger la côte ?

SITE D’ÉTUDE


MÉTHODOLOGIE


Temps

Esp

ace

Historique

(1948-2014)Annuel Saison Mensuel Quotidien

Sit

es

Ré

gio

n

Cadre multi-échelles Évolution de la côte par

photos aériennes

Mesure d’évolution in situ

Levés topographiques

surfaciques (LiDAR)

Levés topographique

par profils (D-GPS)

Photographies en continu

Suivi des dynamiques de vagues

MÉTHODOLOGIE


Paramètres météo-marins

Caméras de suivi

MÉTHODOLOGIE


Profils D-GPS

Largeur

Hauteur du front

Neige/glace

MÉTHODOLOGIE


Système mobile de LiDAR terrestre

Juin 2014

Septembre 2014

Août 2013

Suivi des formes de grande amplitude

Suivi des formes et limites morphologiques

Ligne de rivage

Flexure Ruisseau Cordons

Volume Pente Largeur

Différentiel topographique

CONTEXTE CLIMATIQUE HIVER 2013-2014

-20

-15

-10

-5

0

5

10

Novembre Décembre Janvier Février Mars Avril Mai

Tem

pé

ratu

re d

e l'

air

me

nsu

elle

mo

yen

ne

(°C

)

Température moyenne mensuelle pour la saison glacielle 2013-2014 et normale climatique mensuelle 1981-2010 à Sept-Îles

Normale (1981-2010)

2013-2014

Période de formation 20 novembre au 20 décembre 2013

FORMATION DU PIED DE GLACE 1 2 3 4


ÉVOLUTION DU PIED DE GLACE


Largeur

Hauteur du front


Exemple de l’accrétion verticale du front du PG

1er février 2014

Conditions météo-marines T° air moyenne: -20,5 C

Hm0 max: 1,17m

Niveau d’eau max: 1,60m

Rafale: 61 km/h ouest (260°)

Vent moyen: 31 km/h ouest (279°)

Constant 78 0.473 -11,522 3,518 10,727 ,000 ,001

T° air min ,169 6,548 ,001 1,184 ,979

T° air max ,089 6,510 ,000 1,093 ,989

T° air moyenne -,224 13,043 ,000 ,799 ,986

Hm0 max 3,474 1,853 3,516 32,254 ,061

Hm0 IG max -7,463 10,010 ,556 ,001 ,456

Niveau eau 3,021 1,423 4,509 20,520 ,034

Rayonnement direct max -,005 ,003 3,276 ,995 ,070

Rayonnement direct moyen -,002 ,005 ,149 ,998 ,699

DJG ,009 ,004 4,746 1,009 ,029

Vent moyen ,044 ,060 ,525 1,045 ,469

Vent direction ,022 ,008 8,631 1,022 ,003

Direction rafale ,001 ,004 ,047 1,001 ,829

Vitesse rafale -,057 ,046 1,549 ,945 ,213

Précipitation pluie ,023 ,070 ,105 1,023 ,746

Précipitation neige ,051 ,085 ,359 1,052 ,549

Neige accumulée au sol -,091 ,059 2,361 ,913 ,124

T° min + T° min jour precedent -,047 ,075 ,397 ,954 ,529

pExp(B)Nagelkerke

R²% prédiction B

Standard

errorWald



Régression logistique (occurrence ou non) (modèle = ensemble des variables)

n = 109 Événement = 24 Non événement = 85



Vent: 73% des événements SSW et NW

Vagues ANOVA

Saison: p = 0,012

Diminution verticale: p = 0,040

Accrétion horizontale: p = 0,661

Diminution horizontale: p = 0,222

Effet de protection contre de hauts niveaux d’eau

4 décembre 2013

Plage submergée

14 février 2014

Neige

Pied de glace

Vagues et haut niveau d’eau


CONCLUSION


• Formation:

o Quelques événements marquants

• Suite à la formation d’une première crête:

o Séries d’événements d’accrétion et de diminution

• Variables qui contrôlent l’évolution du PG

o Conjoncture de plusieurs variables

o Température de l’air: degrés jour de gel

o Accrétion verticale: DJG, direction des vents, niveau d’eau et vagues

CONCLUSION


• Diminution de la glace de mer marquée depuis 1996

• Projection 2040-2070: diminution de 67% de la concentration des glaces de

mer maximale annuelle (Senneville et al., 2014)

o Pied de glace = dernière entitée de protection de la côte face aux conditions météo-

marines hivernales

• Est-ce que le pied de glace continuera à se former dans un contexte de

changements climatiques et de hausse des températures projetée?

• Quels effets cela aura-t-il sur la dynamique des côtes en milieu tempéré-froid?

• Connaître la part des variables météo-marines dans l’évolution du PG o Meilleurs inputs dans les modèles de projection

• Optique de gestion du littoral o Effet de rempart de protection hivernal

o Élément important à considérer dans un contexte de CC

RÉFÉRENCES

Adger, W.N., Hughes, T.P., Folke, C., Carpenter, S.R. et Rockström.J, 2005. Social-ecological resilience to coastal disasters. Science, 309(5737), 1036–1039.

Allard, M., Michaud, Y., Ruz, M-H. Et Héquette, A., 1998. Ice foot, freeze-thaw of sediments, and platform erosion in a subarctic microtidal environment, Manitounuk

Strait, northern Quebec, Canada. Canadian Journal of Earth Sciences, 35(9), 965–979.

Argow, B.A., Hughes, Z.J. et FitzGerald, D.F,. 2011. Ice raft formation, sediment load, and theoretical potential for ice-rafted sediment influx on northern coastal

wetlands, Continental Shelf Research, 31, 1294-1305

Bourque, A. et Simonet, G., 2008. Québec, chapitre 5, p 171-226, dans Vivre avec les changements climatiques au Canada : édition 2007, D.S. Lemmen, F.J.

Lacroix et E. Bush (éditeurs), Gouvernement du Canada, Ottawa.

Forbes, D.L. et Taylor, R.B., 1994. Ice in the shore zone and the geomorphology of cold coasts, Progress in Physical Geography, 18 (1), 59-89

Geng, Q. et Sugi M., 2003. Possible Change of Extratropical Cyclone Activity due to Enhanced Greenhouse Gases and Sulfate Aerosols - Study with a High-

Resolution AGCM. Journal of Climate, 16; 2262–2274.

Grinsted, A., Moore, J.C. et Jevrejeva, S., 2009. Reconstructing sea level from paleo and projected temperatures 200 to 2100 ad. Climate Dynamics, 34(4), 461–472.

GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat), 2007. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Cambridge, UK: Cambridge

University Press, 996p.

Nicholls, R.J. et Cazenave, A., 2010. Sea-level rise and its impact on coastal zones. Science (New York, N.Y.), 328(5985), 1517–20.

Miner, J.J. et Powell, R.D., 1991. An Evaluation of Ice-Rafted Erosion Caused by an Icefoot Complex, Southwestern Lake Michigan, U.S.A. Arctic and Alpine

Research, 23(3), 320-327

Pfeffer, W.T., Harper, J.T., O'Neel, S., 2008. Kinematic constraints on glacier contributions to 21st-century sea-level rise. Science 321, 1340–1343.

Rahmstorf, S., Foster, G. et Cazenave, A., 2012. Comparing climate projections to observations up to 2011, Environmental Research Letters, 7, 5p.

Senneville, S. et Saucier, F., 2007. Étude de sensibilité de la glace de mer au réchauffement climatique dans le golfe et l’estuaire du Saint-Laurent, Rapport d’étude

réalisé pour Ouranos. 30p.

Senneville, S., St-Onge Drouin, S., Dumont, D., Bihan-Poudec, A-C., Belemaalem, Z., Corriveau, M., Bernatchez, P., Bélanger, S., Tolszczuk-Leclerc, S. et

Villeneuve, R. 2014. Rapport final : Modélisation des glaces dans l’estuaire et le golfe du Saint-Laurent dans la perspective des changements climatiques, Université

du Québec à Rimouski, Rapport remis au Ministère des Transports du Québec

Troudes, J.P. et Sérodes, J.B., 1987. Le rôle des glaces dans le régime morpho-sédimentologique d’un estran de l’estuaire moyen du Saint-Laurent. Canadian

Journal Civil Engineering, 15, 348-354

Vermeer, M. et Rahmstorf, S., 2009. Global sea level linked to global temperature. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,

106(51), 21527–32.


MERCI !

Merci Adrien Lambert pour les scripts de vagues

Charles Joron pour le sketch 3D du pied de glace

Les nombreux assistants de terrain du LDGIZC-UQAR


Analyse en composantes principales - Ensemble des événements -

1 2 3

% variance 32.1 23.3 14.6

% variance cumulée 32.1 55.4 70.1

Température de l'air min (°C) .397 .084 .841

Température de l'air max (°C) .541 .009 .763

Température de l'air moyenne (°C) .477 .048 .820

Hm0 max (m) -.142 .821 .290

Hm0 IG max (m) -.130 .843 .272

Niveau d'eau max (m) .064 .003 -.733

Rayonnement max (W/m²) .817 -.042 .178

Rayonnement moyen (W/m²) .834 -.145 .180

Degré jour de gel max .943 -.100 .200

Vitesse vent moyen (km/h) .014 .901 -.191

Vent direction (km/h) -.054 .199 -.157

Direction rafale (km/h) -.033 .300 -.008

Vitesse rafale moyenne (km/h) .005 .928 -.137

Pluie (mm) -.060 -.051 .425

Neige (cm) -.128 .002 .010

Neige au sol (cm) .954 .000 .102

Composante


ACCUMULATION SÉDIMENTAIRE LORS DU DÉGEL

Mai 2014

Mai 2014

Juin 2014

Au dégel

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