Risque croissant de crues provoquées par les crues du lac Glacial

Les montagnes de la planète subissent de profondes transformations à mesure que les températures mondiales moyennes continuent de grimper. Parmi les changements les plus visibles et les plus conséquents, on peut citer le retrait rapide des glaciers et l'expansion des lacs glaciaires qui se forment dans leur sillage. Ces lacs, bien que souvent pittoresques, représentent une menace croissante pour les communautés, les infrastructures et les écosystèmes, loin en aval. Lorsque les barrages naturels qui les retiennent échouent, il en résulte un inondation de l'eau du lac Glacial (GLOF), phénomène qui peut libérer des millions de mètres cubes d'eau en quelques heures.

La relation entre l'élévation de la température et le comportement des lacs glaciaires est directe et bien documentée par des décennies d'observations de terrain et de données satellitaires. L'atmosphère se réchauffe, les glaciers perdent de la masse à un rythme accéléré. L'eau de fonte ne disparaît pas simplement. Elle recueille dans les dépressions scourées par la glace, derrière les moraines et contre les crêtes de roche, formant des lacs qui peuvent atteindre des dimensions immenses. Le même réchauffement qui crée ces lacs déstabilise également les structures mêmes qui les contiennent, augmentant la probabilité d'événements catastrophiques de drainage.

Les eaux du GLOF descendent rapidement des vallées abruptes, ramassant les sédiments et les débris, et peuvent détruire les ponts, les routes, les installations hydroélectriques et des colonies entières. L'inondation de 2022 dans le nord du Pakistan, déclenchée par un éclatement de lac glaciaire combiné à des précipitations extrêmes, a causé des dégâts considérables et a souligné la nature complexe de ces dangers.

Comment les températures chaudes stimulent la formation et la croissance du lac Glacial

La formation d'un lac glaciaire commence quand un glacier recule, laissant derrière lui une dépression dans le paysage. Cette dépression est souvent limitée par une moraine, une crête de roches et de sédiments non consolidées que le glacier avait poussés devant lui-même ou déposé sur ses côtés. Meltwater du glacier en retrait collecte dans cette dépression, et un lac est né. Lorsque le glacier continue à s'éclaircir et à se retirer, le lac s'étend souvent, fusionnant parfois avec des plans d'eau adjacents pour devenir un seul grand réservoir d'eau perché haut dans les montagnes.

La hausse de la température accélère ce processus de plusieurs façons. Premièrement, l'air plus chaud augmente le taux de fonte de surface de la glace de glacier. Deuxièmement, elle prolonge la durée de la saison de fonte, donnant à l'eau plus de temps pour s'accumuler. Troisièmement, elle peut déclencher la fonte de la glace enfouie dans les moraines, les faisant s'affaiblir et s'affaiblir. Quatrièmement, la hausse des températures contribue à la dégradation du pergélisol dans le substrat rocheux et le matériel morain environnant, réduisant sa stabilité et augmentant la probabilité de glissements de terrain qui peuvent déplacer l'eau et les barrages au-dessus.

La mécanique de la retraite des glaciers

Les glaciers sont des indicateurs sensibles du changement climatique. Leur bilan massique, la différence entre l'accumulation de neige et la perte de fonte et de mise bas, réagit rapidement aux changements de température et de précipitations. Au cours du dernier demi-siècle, la grande majorité des glaciers en dehors des régions polaires ont connu un bilan massique négatif, ce qui signifie qu'ils perdent plus de masse qu'ils ne le gagnent chaque année.

La glace stagnante est particulièrement sujette au développement de dépressions de surface et d'étangs d'eau de fonte. Ces étangs peuvent se fondre dans de plus grands lacs, surtout lorsque la topographie sous-jacente est irrégulière. Le processus est auto-renforçant, parce que l'eau libre absorbe plus de rayonnement solaire que la glace ou la neige, phénomène connu sous le nom de retour en arrière de l'albédo. Les surfaces sombres du lac se réchauffent plus rapidement et accélèrent la fonte de la glace autour d'eux, surtout le long des marges du lac où les falaises de glace peuvent s'abreuver directement dans l'eau.

Types de lacs glaciaires et leur susceptibilité

Les lacs glaciaires ne présentent pas tous le même niveau de risque. Le type le plus dangereux est le lac moraine endommagé, qui est retenu par une crête non consolidée de till et de débris. Les barrages morains sont intrinsèquement faibles. Ils sont souvent raides, mal triés, et peuvent contenir de la glace enfouie qui fond au fil du temps, créant des vides internes et réduisant la force.

Les lacs endommagés par la glace se forment lorsqu'un glacier agit lui-même comme barrage, bloquant une vallée affluente ou un drainage latéral.Ces lacs ont tendance à s'écouler relativement fréquemment, souvent sur un cycle annuel ou pluriannuel, parce que le barrage est à la fois mobile et susceptible de s'envoler lorsque la pression de l'eau se développe. Bien que le volume de drainage individuel des lacs endommagés par la glace puisse être énorme, la prévisibilité de certains événements a permis aux collectivités d'élaborer des stratégies d'adaptation.

Un barrage rocheux peut échouer si la roche sous-jacente est fracturée, altérée ou sous-cutée par l'érosion. Les glissements de terrain dans les lacs endommagés par les roches peuvent générer des vagues de déplacement qui dépassent le barrage, provoquant des inondations, même si le barrage lui-même ne échoue pas. Le GLOF 2016 qui a détruit une partie du village de Gokyo au Népal a été déclenché par un glissement de terrain dans un lac endommagé par les roches, envoyant une vague d'eau et de débris dans le village.

Comprendre les inondations provoquées par les crues du lac Glacial

Un déversement de la glace se produit lorsque l'eau stockée dans un lac glaciaire est libérée soudainement et en grand volume. Le débit d'un GLOF peut dépasser le débit normal de la rivière par ordre de grandeur, et la vague d'inondation peut parcourir des dizaines, voire des centaines de kilomètres en aval avant d'atténuer. Contrairement aux inondations pluvieuses conventionnelles, les GLOF se caractérisent par un début extrêmement rapide, un débit de pointe élevé et le transport de quantités massives de sédiments, de blocs et de débris ligneux.

Déclencheurs pour la panne de barrage

Le déclencheur spécifique d'un GLOF peut varier considérablement, mais le moteur sous-jacent est dans la plupart des cas l'affaiblissement progressif du barrage en raison du réchauffement.

  • Compensation de pression hydrostatique[: Au fur et à mesure que le niveau d'eau du lac augmente, la pression contre le barrage augmente. Si le barrage ne peut résister à la pression, il peut échouer par canalisation, érosion interne ou surembout.
  • Un débordement par des vagues : Un glissement de terrain, une avalanche de glace ou une chute de roche dans le lac peut générer une vague de déplacement qui surgit au-dessus du barrage. Même si le barrage demeure intact, l'eau de débordement peut éroder rapidement le visage en aval, entraînant une brèche dans le barrage.
  • Formation de la puce et érosion interne[: L'eau peut trouver des voies à travers le matériau du barrage, créant des tuyaux qui s'élargissent au fil du temps.Une fois qu'un tuyau se forme, le débit peut augmenter rapidement, entraînant une défaillance catastrophique.
  • Melting of entered ice: Dans les barrages moraines, la glace enterrée peut fondre et créer des vides qui affaiblissent le barrage de l'intérieur. Lorsque le toit d'un tel vide s'effondre, il peut créer un chemin pour que l'eau traverse le barrage.
  • Les tremblements de terre: Les événements sismiques peuvent déstabiliser le barrage et les pentes environnantes. Même un tremblement de terre modéré peut déclencher un glissement de terrain dans un lac ou endommager directement un barrage morain.
  • Précipitations extrêmes: Les précipitations abondantes peuvent augmenter rapidement le niveau du lac et augmenter la pression interstitielle dans le barrage, réduisant ainsi sa résistance au cisaillement et la défaillance déclenchante.

Il est important de reconnaître que les mécanismes de déclenchement multiples agissent souvent en combinaison. Par exemple, une période de temps chaud peut faire fondre la glace dans une moraine tout en augmentant simultanément le niveau du lac, et un événement sismique mineur peut alors fournir la poussée finale vers l'échec. La complexité de ces interactions rend la prédiction difficile et souligne la nécessité d'une surveillance complète.

Caractéristiques physiques des événements GLOF

Une fois le barrage glaciaire défaillant, le débit suit généralement une séquence caractéristique. Au départ, la brèche peut être petite, mais elle s'élargit rapidement lorsque l'eau qui s'échappe érode le matériau du barrage. Le débit augmente de façon exponentielle, atteignant souvent en quelques minutes à quelques heures. Les débits de pics provenant des grands FLO peuvent dépasser 10 000 mètres cubes par seconde, comparables à la décharge moyenne des grands cours d'eau comme l'Amazonie ou le Congo, mais dans un chenal beaucoup plus étroit et plus raide.

Les bouleaux pesant de nombreuses tonnes peuvent être transportés en aval et la plaine d'inondation peut être répercutée sur le substrat rocheux dans des endroits. Le dépôt de sédiments dans des sections à faible teneur peut modifier la morphologie de la rivière pendant des décennies, affectant la stabilité du chenal, les habitats aquatiques et les fondations de l'infrastructure. En aval d'un GLOF, la rivière peut transporter des charges de sédiments élevées pendant des années, ce qui a des répercussions sur la qualité de l'eau et le stockage des réservoirs.

Événements historiques et récents GLOF

Le dossier historique contient de nombreux exemples de FLO dévastateurs, dont beaucoup se sont produits au cours des deux dernières décennies à mesure que le réchauffement s'accélère, et ces événements donnent des leçons précieuses sur la nature du danger et l'efficacité des différentes stratégies d'atténuation.

Le déluge de Kedarnath 2013 en Inde

En juin 2013, une forte quantité de mousson et un GLOF du lac Chorabari Tal dans l'Himalaya indien ont provoqué une crue catastrophique qui a tué des milliers de personnes et détruit le complexe du temple de Kedarnath. Alors que les pluies ont été un facteur important, l'explosion du lac glaciaire a amplifié significativement la vague d'inondation. L'événement a mis en évidence la vulnérabilité des sites de pèlerinage religieux et des infrastructures touristiques construites sur des plaines inondables actives dans les vallées de haute montagne.

L'explosion du lac Shishper en 2022, au Pakistan

En mai 2022, le glacier Shishper dans la vallée de Hunza, au nord du Pakistan, a connu une poussée qui a temporairement démantelé la rivière Hunza, créant un grand lac endommagé par la glace. Lorsque le lac s'est drainé soudainement, l'inondation qui en a résulté a endommagé plusieurs ponts, emporté des sections de la route Karakoram et inondé des villages en aval. L'événement s'est produit pendant une période de chaleur extrême, les températures dans la région ayant brisé des records de longue date.

GLOFs dans les Andes et les Alpes

Les Andes péruviennes ont une longue et tragique histoire des GLOFs, datant de la catastrophe de Huaraz en 1941, au cours de laquelle un rafale du lac Palcacocha a tué environ 1800 personnes. En réponse, les ingénieurs péruviens ont mis en œuvre certains des projets les plus ambitieux d'atténuation des lacs glaciaires au monde, y compris la construction de tunnels de drainage et de déversoirs dans les lacs de haute altitude. Les Alpes, par contre, ont connu moins de GLOF catastrophiques, en partie parce que nombre de leurs lacs glaciaires sont plus petits et mieux surveillés.

Technologies de surveillance pour la réduction des risques de GLOF

Sans données exactes et à jour sur l'état des lacs, l'intégrité des barrages et la dynamique changeante des glaciers, il est impossible d'identifier les lacs les plus dangereux ou de lancer des avertissements qui donnent aux collectivités le temps d'évacuer. Heureusement, les progrès récents en télédétection et en instrumentation au sol ont grandement amélioré notre capacité d'observer ces environnements éloignés et souvent inaccessibles.

Télédétection par satellite

Les capteurs optiques tels que Landsat et Sentinel-2 ont été utilisés pour établir des inventaires mondiaux des lacs glaciaires et documenter leur expansion dans toutes les grandes chaînes de montagnes. Les satellites radars, tels que Sentinel-1, peuvent détecter des changements d'altitude de surface et de déformation du barrage avec une précision de millimètre, ce qui permet d'alerter rapidement l'affaiblissement structurel. La combinaison de données optiques et radars est particulièrement puissante, car elle permet de surveiller même par le couvert nuageux, qui est commun dans les régions de montagne pendant la saison de fonte.

Des chercheurs de l'Université de Zurich et d'autres institutions ont mis au point des algorithmes automatisés permettant de détecter de nouveaux lacs ou de modifier rapidement ceux qui existent déjà en utilisant des données satellitaires, qui ont été déployés dans des systèmes opérationnels d'alerte rapide au Népal, au Bhoutan et au Pérou. La surveillance par satellite ne se limite pas aux lacs eux-mêmes.

Réseaux de capteurs au sol

Les capteurs de niveau d'eau installés à la sortie des lacs à haut risque peuvent détecter des hausses soudaines qui indiquent une défaillance potentielle du barrage. Les jauges de rainure et les jauges de contrainte placées sur les barrages moraines peuvent mesurer la déformation qui précède une brèche. Les sismomètres de la région environnante peuvent détecter la signature vibrationnelle des glissements de terrain ou des avalanches de glace qui pénètrent dans le lac. Les stations météorologiques automatisées à haute altitude fournissent des données sur la température, les précipitations et l'humidité qui alimentent les modèles hydrologiques prédisant les changements de niveau du lac.

Le défi que pose la surveillance au sol est la difficulté et le coût de l'installation et de l'entretien du matériel à des altitudes supérieures à 4 000 mètres. Les systèmes à propulsion solaire à télémétrie par satellite sont devenus plus fiables et plus abordables ces dernières années, mais ils nécessitent encore un entretien périodique de techniciens qualifiés.

Systèmes d'alerte rapide

Les systèmes d'alerte rapide pour les GLOF intègrent des données de surveillance avec des réseaux de communication pour alerter les communautés en aval lorsqu'un événement dangereux est imminent. Un système typique comprend des capteurs au lac, une liaison de transmission de données, une unité centrale de traitement qui évalue les données entrantes, et un réseau de sirènes ou d'alertes de téléphones mobiles qui peuvent atteindre les villages sur la voie des inondations.

Le Népal a été un pionnier dans l'alerte précoce GLOF, avec des systèmes installés dans les lacs Tsho Rolpa et Imja dans l'Everest. Ces systèmes ont subi de multiples mises à niveau et ont fourni des données précieuses pour la validation de modèles. Une analyse du système Tsho Rolpa publiée dans le Journal of Hydrology montre que le temps d'alerte possible avec un réseau de capteurs bien conçu est généralement de l'ordre de une à trois heures, selon la distance du lac aux centres de population.

Stratégies d'atténuation pour les lacs glaciaires à risque élevé

Lorsque la surveillance identifie un lac qui constitue une menace imminente, des interventions d'atténuation peuvent être nécessaires pour réduire le risque à un niveau acceptable. Le choix de l'intervention dépend des caractéristiques du lac, du terrain, de la disponibilité des ressources et des conséquences en aval des travaux d'inondation et d'atténuation proprement dit. Aucune approche n'est adaptée à toutes les situations et une combinaison de stratégies est souvent utilisée.

Drainage et renforcement du barrage

La mesure d'atténuation la plus courante est l'abaissement contrôlé du niveau du lac par la construction d'un canal de sortie ou d'un tunnel de drainage. En réduisant le volume d'eau stockée, la pression sur le barrage est réduite et le débit maximal potentiel d'inondation est réduit en cas de défaillance. Les canaux sortants sont généralement coupés à travers le barrage morain à l'aide de pelles ou, dans des endroits extrêmement éloignés, par forage et par dynamitage.

Dans certains cas, il est possible d'installer un système de siphon qui attire l'eau au-dessus du barrage sans nécessiter de travaux d'excavation lourds. Les siphons sont une option à moindre coût mais ont une capacité limitée et nécessitent un entretien régulier pour prévenir les sas et les blocages de glace.Une solution plus permanente est un tunnel de drainage conduit à travers le substratum ou le matériau moraine stable pour relier le lac à la vallée ci-dessous.

Préservation contrôlée

Pour les lacs endommagés par la glace qui s'écoulent fréquemment et de façon imprévisible, on peut utiliser une brèche contrôlée du barrage de glace pour déclencher le drainage à un moment choisi où les impacts en aval peuvent être réduits au minimum. Cette approche exige une planification minutieuse et une surveillance en temps réel, car l'opération de rupture elle-même comporte des risques.

Au Groenland et à Svalbard, où les lacs endommagés par la glace sont communs, certains chercheurs ont préconisé une politique de « retraite gérée », dans laquelle les infrastructures sont déplacées des zones sujettes aux inondations plutôt que de tenter de contrôler les lacs eux-mêmes. Cette approche reconnaît que, dans certains contextes, le coût et le risque d'atténuation dépassent les avantages, en particulier dans les régions peu peuplées.

Planification de l'adaptation et de l'évacuation au niveau communautaire

L'adaptation communautaire consiste à travailler avec les habitants locaux pour comprendre leur perception du danger, identifier les voies d'évacuation et les refuges sûrs, et à pratiquer des exercices de façon à ce que la réponse devienne automatique. Dans de nombreuses parties de l'Himalaya, la connaissance autochtone des événements d'inondation passés est intégrée à la surveillance scientifique pour créer des systèmes hybrides d'alerte précoce culturellement appropriés et fiables par les personnes qui les utilisent.

La planification de l'évacuation devrait également tenir compte de la possibilité qu'un GLOF puisse se produire la nuit, pendant les mauvaises conditions météorologiques ou à un moment où de nombreux membres de la communauté travaillent dans des champs éloignés. Il faut avoir recours à de multiples canaux de communication, dont des sirènes, des haut-parleurs, des radios et des réseaux de téléphonie mobile.

Projections futures sous le changement climatique

Les modèles climatiques prévoient que les températures moyennes mondiales continueront d'augmenter au milieu du XXIe siècle, le réchauffement le plus important se produisant à des altitudes élevées. Même dans des scénarios optimistes, la cryosphère s'engage à continuer à perdre de la glace. Le nombre de lacs glaciaires et le volume total d'eau stocké dans ces lacs augmenteront dans la plupart des régions montagneuses, au moins pour les prochaines décennies.

Les conséquences pour le risque de GLOF sont préoccupantes. Plus de lacs signifient plus de sources potentielles d'inondations. Les lacs plus grands signifient plus de volumes potentiels d'inondation. Et les conditions plus chaudes continueront d'affaiblir les barrages moraines et glaciaires qui en contiennent. Le Programme des Nations Unies pour l'environnement a appelé à un effort international coordonné pour cartographier, surveiller et atténuer les risques de GLOF dans toutes les régions à forte montagne, en mettant l'accent sur l'Himalaya, où la densité de population et les niveaux de pauvreté augmentent la vulnérabilité.

L'un des aspects les plus difficiles de la gestion future des risques est l'émergence de nouveaux lacs dans des régions où il n'existe aucun historique de l'activité du FLOF. Les collectivités qui n'ont jamais connu d'inondation glaciaire peuvent ignorer le danger et ne sont pas prêtes à réagir. Les campagnes de sensibilisation et de communication des risques devront atteindre ces populations, et l'aménagement du territoire devrait restreindre la construction de nouvelles zones qui pourraient être inondées par un futur FLOF. Le coût de la planification proactive est beaucoup plus faible que le coût de la reconstruction après une catastrophe.

Conclusion : Appel à la gestion proactive des risques

L'augmentation des températures modifie fondamentalement la relation entre les glaciers, les lacs et les communautés en aval. L'expansion des lacs glaciaires et la fréquence croissante des inondations en plein essor comptent parmi les conséquences les plus tangibles et dangereuses des changements climatiques dans les régions à forte montagne.

Il faut maintenant la volonté politique et l'engagement financier de déployer ces outils à grande échelle.Les fonds d'adaptation au climat provenant de sources telles que le Fonds vert pour le climat et les agences bilatérales de développement devraient donner la priorité à la réduction des risques de GLOF en tant qu'investissement à fort impact.La coopération internationale est essentielle, car les lacs glaciaires ne respectent pas les frontières nationales et un GLOF originaire d'un pays peut causer des dommages dans un autre pays en aval.

La fenêtre d'action se rétrécit. À mesure que les températures augmentent, le taux d'expansion des lacs glaciaires augmentera et le nombre de collectivités à risque augmentera. L'investissement proactif dans la surveillance et l'atténuation d'aujourd'hui sauvera des vies, protégera les infrastructures et préservera l'intégrité écologique des rivières de montagne pour les générations à venir.