Caractérisation morphologique des zones de neige en pentes raides (>50°) par images satellites

Caractérisation morphologique des zones de neige en pentes raides (>50°) par images satellites :

A cause du réchauffement en haute altitude, les parois rocheuses des plus hauts sommets des
Alpes se déstabilisent, ce qui engendre des écroulements rocheux de plus en plus fréquents (Magnin et al. 2024). La dégradation du pergélisol, c’est-à-dire le dégel d’un sous-sol auparavant gelé en permanence (plus de deux ans au minimum), est la principale source de ces évolutions. La neige qui s’accumule de manière très hétérogène dans les parois joue un rôle contrasté sur les températures des roches sous-jacentes. L’eau de la fonte nivale est également un facteur important du bilan thermique du sol. Dans les versants à l’ombre, la neige a pour effet d’isoler thermiquement la roche de l’atmosphère, maintenant donc la chaleur dans le sol pendant l’hiver. Dans les versants ensoleillés, au contraire, la persistance de la neige au printemps et en début d’été a plutôt tendance à maintenir froid les versants ensoleillés. La présence de 20 cm de neige suffit à modifier le régime thermique du sol sous-jacent (Haberkorn et al. 2015). Dans ces environnements froids, les précipitations sont le plus souvent sous forme solide et c’est la fonte de la neige accumulée au dégel du sol qui sont les principales sources d’eau liquide pouvant percoler dans les fractures des parois rocheuses (Ben-Asher et al. 2023). Pour pouvoir anticiper l’évolution du pergélisol dans ces zones à pentes raides (>50°), il est donc très important de comprendre comment la neige s’accumule et se dépose spatialement.

Si ce n’est notre connaissance généraliste d’une accumulation de neige diminuant avec la pente (Blöschl et al. 1991, Schmid et Sardemann 2003, Philipps et al., 2017), nous avons peu de recul quant à la phénologie du couvert neigeux en pente raide. Où trouve-t-on de la neige en pente raide ? Quelle est la persistance du couvert de neige ? Quels facteurs topographiques (pente moyenne, micro-relief, orientation) expliquent les distributions de neige observées ?

L’objectif de ce stage est de caractériser la phénologie de la neige en pente raide en lien avec la topographie à partir de données satellite (Sentinel-2, Pléiade, etc), de données de drone, et d’imagerie locale. La première étape consistera au développement d’une méthode de détection adaptée aux pentes raides de hautes altitudes, pour à la fois développer une cartographie nivale et identifier les liens entre accumulation de neige et caractéristiques topographiques. Pour ce faire, le massif du Mont Blanc sera la zone d’etude prioritaire étant le lieu d’un inventaire des écroulements rocheux systématique depuis 2007 et d’un suivi avancé du permafrost de montagne.

La méthode de détection des zones de neige devra être programmée en code Python basée sur des librairies open-source telles que scikit-image, open-CV et scikit-learn. Il s’agit donc d’analyse d’images géospatiales à différentes résolutions spatiales et temporelles, et de segmentation d’image pour la détection et l’identification des zones de neiges au milieu de parois rocheuses.

Compétences nécessaires :
– Maitrise de l’anglais et de lecture d’article scientifique
– Maitrise de langage de programmation type Python, analyse de données
– Connaissance des concepts de SIG
– Travail en autonomie

Ben-Asher, M., Magnin, F., Westermann, S., Malet, E., Berthet, J., Bock, J., ... & Deline, P. (2022). Estimating surface water availability in high mountain rock slopes using a numerical energy
balance model. Earth Surface Dynamics Discussions, 2022, 1-25.
Blöschl, G., Kirnbauer, R., & Gutknecht, D. (1991). Distributed snowmelt simulations in an alpine catchment : 1. Model evaluation on the basis of snow cover patterns. Water resources research,
27(12), 3171-3179.
Haberkorn, A., Hoelzle, M., Phillips, M., & Kenner, R. (2015). Snow as a driving factor of rock surface temperatures in steep rough rock walls. Cold Regions Science and Technology, 118, 64-75.
Magnin, F., Ravanel, L., Bodin, X., Deline, P., Malet, E., Krysiecki, J. M., & Schoeneich, P. (2024). Main results of permafrost monitoring in the French Alps through the PermaFrance network
over the period 2010–2022. Permafrost and Periglacial Processes, 35(1), 3-23.
Phillips, M., Haberkorn, A., & Rhyner, H. (2017). Snowpack characteristics on steep frozen rock slopes. Cold Regions Science and Technology, 141, 54-65.
Schmid, U. G., & Sardemann, S. (2003). High-frequency avalanches : release area characteristics and run-out distances. Cold Regions Science and Technology, 37(3), 439-451.