Faculté des lettres et sciences humaines

Evolution observée du manteau neigeux des Alpes suisses dans le contexte des changements climatiques entre 1970 et 2016 = Observed Evolution of the Snowpack under Climate Change from 1970 to 2016 in the Swiss Alps

Klein, Geoffrey ; Rebetez, Martine (Dir.) ; Morin, Samuel (Codir.) ; Randin, Christophe (Codir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2019.

Les régions de montagne sont des zones particulièrement exposées aux variations du climat. L’augmentation significative des températures de l’air observée au cours du XXe siècle dans les Alpes a eu des répercussions notables sur l’évolution spatiale et temporelle du manteau neigeux, engendrant d’importantes modifications au niveau des écosystèmes, des cycles hydrologiques ou... Plus

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    Résumé
    Les régions de montagne sont des zones particulièrement exposées aux variations du climat. L’augmentation significative des températures de l’air observée au cours du XXe siècle dans les Alpes a eu des répercussions notables sur l’évolution spatiale et temporelle du manteau neigeux, engendrant d’importantes modifications au niveau des écosystèmes, des cycles hydrologiques ou encore des activités économiques humaines. Dans ce contexte de réchauffement de l’air, il est important de développer les connaissances actuelles sur la variabilité du manteau neigeux alpin, afin de mieux appréhender les conséquences de ces changements sur l’environnement direct. Cette thèse de doctorat a pour objectif d’étudier la relation entre le changement climatique de ces dernières décennies (1970-2016) et l’évolution temporelle du manteau neigeux continu dans les Alpes suisses au-delà de 1100 m d’altitude, ainsi que l’influence de cette couverture neigeuse sur le risque d’exposition au gel des plantes alpines au moment du démarrage de leur croissance après la fonte des neiges. L’analyse portée sur l’évolution temporelle (1970-2015) des principales caractéristiques annuelles du manteau neigeux continu (épaisseur, durée, saisonnalité) entre 1100 et 2500 m d’altitude dans les Alpes suisses dévoile un recul généralisé de la couverture neigeuse au cours de cette période, que ce soit dans son épaisseur ou dans sa durée et quel que soit l’altitude, la zone géographique examinée ou les conditions climatiques locales. L’étude montre notamment que la durée du manteau neigeux continu s’est réduite en moyenne de 38 jours entre 1970 et 2015 et que cette réduction est plus particulièrement attribuable à une date de fonte des neiges de plus en plus précoce au printemps (-26 jours), plutôt qu’à un début d’enneigement continu plus tardif à l’automne (+12 jours). La combinaison entre une date de fonte des neiges de plus en plus précoce avec une forte dépendance du démarrage de la croissance des plantes alpines à celle-ci, pose la question d’un éventuel risque accru d’exposition au gel de ces plantes, à une période où celles-ci y sont particulièrement vulnérables. L’analyse du risque d’exposition au gel de ces plantes lors de leur période de début de croissance illustre l’existence d’une solide relation entre la date de fonte des neiges et la fréquence ou l’intensité de gel lors des jours avoisinant cette période. En effet, il est observé en moyenne que plus la fonte des neiges est précoce, plus les fréquences et intensités de gel augmentent au cours de la période de démarrage de la croissance des plantes alpines et ce, quelle que soit l’altitude (1418-2950 m), la zone géographique ou encore la période temporelle analysée (1998-2016 ou 1970-2016) dans les Alpes suisses. Néanmoins, avec une augmentation moyenne des températures de l’air printanières de 0,6°C par décennie entre 1970 et 2016 dans les zones alpines et subalpines, aucun changement significatif n’a été observé dans le même temps quant à la fréquence ou à l’intensité de gel pendant cette période de début de croissance. Ce réchauffement a permis de contrebalancer les effets d’un déneigement du sol plus précoce, en décalant au même rythme les dernières occurrences de gel et le démarrage de la croissance des plantes alpines, limitant ainsi leur risque d’exposition au gel au cours de leur période de début de croissance. L’ensemble des analyses menées dans cette thèse démontrent l’importance de la saisonnalité du manteau neigeux sur le démarrage de la croissance des plantes alpines, ainsi qu’une grande homogénéité spatiale des résultats à travers les Alpes suisses. En effet, qu’il s’agisse de l’évolution du manteau neigeux ou du risque d’exposition au gel tardif pour les plantes alpines, les résultats de ce travail se retrouvent sans distinction significative à travers l’ensemble du gradient d’altitude représentant les étages alpins et subalpins, au sein de zones géographiques diverses et éloignées ainsi que dans des conditions climatiques locales variées, indiquant qu’il s’agit de phénomènes d’ampleur supérieure à celle des Alpes suisses.
    Summary
    Mountain regions are particularly exposed to climate change. The significant increase of air temperatures observed during the XXth century in the Alps had strong impacts on the spatial and temporal variability of snow cover, causing major changes on ecosystems, hydrological cycles or human economic activities. In this context of global warming, it is important to improve knowledge on snowpack variability in order to better understand the consequences of these changes on the surrounding environment. This PhD thesis aims to explore the relationship between recent climate change (1970-2016) and the temporal evolution of continuous snowpack in the Swiss Alps over 1100 m asl, as well as the influence of this snowpack on the risk of frost exposure for alpine plants during their most vulnerable period to frost, i.e. at the beginning of their growth period shortly after the time of snowmelt. The analysis of the main annual characteristics of the continuous snow cover (thickness, duration, seasonality) from 1100 to 2500 m asl in the Swiss Alps over the 1970-2015 period reveal a general decline of the snowpack, whether for its depth or its duration and irrespective of elevation, geographical location or local climatic conditions. This study also demonstrate that the snow cover duration has been shortened at all sites on average by 38 days between 1970 and 2015 and that this shortening is mainly driven by an earlier time of snowmelt (-26 days) rather than a later time of snow onset (+12 days). The combination between an earlier time of snowmelt and a strong dependence of the beginning of growth of alpine plants to this snowmelt raises the question of a potential higher risk of frost exposure for these plants, during a period when they are particularly vulnerable to freezing events. The analysis of the risk of frost exposure for alpine plants during the beginning of their growth period illustrate the existence of a strong relationship between the time of snowmelt and the frequency or intensity of freezing events during the days surrounding this vulnerability period for plants. On average, an early time of snowmelt generally leads to an increasing frequency and intensity of frost during the vulnerable period for alpine plants, irrespective of elevation (1418-2950 m), geographical location or the temporal period analyzed (1998-2016 or 1970-2016) in the Swiss Alps. However, with an average spring air temperature increase of 0,6°C decade-1 between 1970 and 2016 in alpine and subalpine regions, the frequency and intensity of frost during the vulnerable period for alpine plants remained unchanged. This warming allowed a compensatory effect of an earlier time of snowmelt by shifting the last occurrence of frost and the beginning of alpine plants growth period to a same extent, thus limiting their exposure to late frost events during the beginning of their growth period. All analyses conducted in this PhD thesis demonstrate the importance of snowpack seasonality on alpine plants growth period, as well as a strong spatial homogeneity of the results over the Swiss Alps. Whether for the snowpack evolution or the risk of exposure to late frost events for alpine plants, results may indeed be found without any significant distinction across all elevations, various geographical locations and a large panel of local climatic conditions, indicating that they could be extended beyond the Swiss Alps.