La formation des cirques glaciaires

Le présent document s'articule comme un jeu de questions /réponses qui cherche avant tout à faire ressortir de manière progressive les mécanismes impliqués dans la formation des cirques glaciaires. Avec une orientation de départ nécessairement descriptive, notre travail prend ensuite une dimension moins contrainte par une méthodologie rédactionnelle que par une volonté de souligner de manière pertinente des connaissances scientifiques de premières importances mis en avant par un certain nombre d'auteurs dans des travaux récents.

 

Au regard de la richesse de  la bibliographie existante , le résultat de ce travail est nécessairement réducteur mais constitue finalement un outil de base précieux pour l'observateur intrigué par ces formations morphologiques si particulières et désireux de s'armer de connaissances récentes pour suivre l'évolution prochaine des débats scientifiques.

Glacier de l'Arpont _Vanoise_ Credit David Ciesielski
Glacier de l'Arpont _Vanoise_ Credit David Ciesielski

Les sommets accidentés et couverts de glaciers sont évidemment les premiers éléments qui attirent le regard d'un observateur dans les paysages alpins. Les vallées n'en sont pas moins, aux yeux du géographe comme aux yeux du glaciologue, un trait essentiel du relief alpin: c'est en effet au développement de ces vallées que les chaines de montagne doivent leur variabilité de leurs aspects, parce que les formes mêmes de leurs sommets, sont déterminés par la densité plus ou moins grande, le creusement et l'élargissement plus ou moins accentué des vallées alpines.

 

La morphologie des chaines de montagnes a été influencée par les glaciations quaternaires et les vallées alpines présentent un ensemble de caractéristiques remarquables:

 

Dans son profil transversal, une vallée glaciaire présente typiquement une forme en auge et souvent des irrégularités: moraines, replats ou épaulements. Une faible pente est caractéristique de son profil longitudinal, irrégulièrement ponctués par des raides marches topographiques et des bassins surcreusés. Selon la lithologie, une vallée glaciaire peut-être abordée par d'abrupts murs latéraux et d'anciennes vallées glaciaires secondaires peuvent s'y suspendre et s'y raccorder par des gradins de confluences de hauteurs variables.

Coupe transversale d'une haute vallée glaciaire
Coupe transversale d'une haute vallée glaciaire

Plusieurs écoles de morphologies se sont affrontées au siècle dernier et ont tenté de saisir sur le vif le modelé de l'érosion glaciaire en portant des études sur les formes de sculpture glaciaire mentionnées ci-dessus. Même si l'action de la glace est guidée par le relief préalable, la théorie de l'érosion glaciaire s'est aujourd'hui imposée sans pour autant expliquer de manière satisfaisante l'existence et la formation  de tous les traits morphologiques des vallées glaciaires, comme le développement des cirques glaciaires.

 

Les cirques glaciaires apparaissent aussi comme des traits caractéristiques des glaciations dans les chaines de montagne. Ce sont des amphithéâtres rocheux installés à la tête des réseaux de drainage dans les paysages alpins, donc situés en amont des actuelles ou anciennes vallées glaciaires. Ils présentent typiquement des fonds plats ou des bassins surcreusés, connectés à d'abruptes parois par des pentes d'une concavité généralement assez prononcées. Les cirques sont souvent groupés en haut des versants, donnant des crêtes en dents de scie. Les points d'intersection des crêtes sont souvent marqués par des pyramides rocheuses.

 

Les cirques peuvent être présentés comme des formes marginales. L'épaisseur de la glace étant faible près de la crête origine des glaciers, un processus d'érosion superficielle distinct peut intervenir. Il tend alors à l'épanouissement de ces formes d'érosion glaciaire supérieures et souvent superficielles. Les cirques glaciaires sont parmi les formes de topographie alpine dont la genèse a été le plus discutée. Nous nous donnons ici pour objectif  de faire le point sur les connaissances récentes portant sur leur développement.

Climatologie au quaternaire: l'empreinte glaciaire dans les archives climatiques

 

 Le système climatique est une machine forte complexe qui se compose de plusieurs sous-systèmes affectés de temps de réponse différents. Il existe une notion de couplage entre ces sous-systèmes et les processus de rétroactions sont nombreux et loin d'être tous identifiés.

 

Le climat à l'ère quaternaire est marqué par un refroidissement: D'abord progressives entre -5 et -2,7 millions d'années, les variations du climat sont ensuite de plus en plus fortes et de plus en plus fréquentes. le climat de la Terre oscille alors entre deux états extrêmes: le stade glaciaire qui voit le développement de gigantesques calottes de glace sur l'Europe septentrionale ( calotte Fenno- Scandienne) et l'Amérique du nord ( Calotte Laurentides), et le stade interglaciaire caractérisé par un climat semblable à l'actuel. 

 

 

Les grandes ères glaciaires de notre planète
Les grandes ères glaciaires de notre planète

A ces échelles de temps, les avancées et le recul des ces calottes de glace sont à corréler aux variations cycliques des paramètres orbitaux de la Terre: Ces variations entrainent des fluctuations de l'ensoleillement de 10% à des fréquences de 23000 ans, 41000 ans et 100000 ans . Depuis 900 000 ans, la fréquence dominante est de 100 000 ans comme le montre les données issues du carottage glaciaire du projet européen EPICA 2008 ( European Project for Ice Coring In Antartica). 

Pendant 100 000 ans la glace existe sur le Canada, la Russie et la Scandinavie, puis ensuite la glace disparait pendant 10 000 ans.

Evolution au Quaternaire de la température, dru dioxyde de carbone, et du méthane au cours des derniers 800 000 ans Université de Berne et LGGE
Evolution au Quaternaire de la température, dru dioxyde de carbone, et du méthane au cours des derniers 800 000 ans Université de Berne et LGGE

Dans les hautes chaines de montagneuses comme celles des Alpes, les glaciers du Quaternaire, pilotés par ces mêmes cycles, ont marqué les paysages de leurs crues et décrues. Les glaciations successives ont eu des importances inégales et les glaces d'une glaciation comportait plusieurs stades ( phases de crues interrompues par des phases de retrait: les interstices) et l'enlacement d'une vallée donnée au cours d'une glaciation n'a pas cessé de fluctuer.

On trouve dans la littérature une terminologie de classification relative aux périodes de glaciation dans chaque région de monde: Les chronologies glaciaires sont basées sur les traces morphologiques laissées par les moraines. Bien que pilotés par les mêmes cycles astronomiques, un manque de synchronisme est souligné entre l'extension des glaciers scandinaves, nord-américains et alpins dus à des temps de réponses décalés de leur bilan de masse respectif aux conditions climatiques régionales.

 

Région Grenobloise à l'inter-glaciaire- 2020- david Ciesielski
Région Grenobloise à l'inter-glaciaire- 2020- david Ciesielski
Reconstitution Région grenobloise à la sortie du Wurm (22 000 ans) Sylvain couterrand
Reconstitution Région grenobloise à la sortie du Wurm (22 000 ans) Sylvain couterrand

Extension glaciaire sur la région Grenobloise au Wurm il y a 22000 ans. Sylvain Coutterand Atlas des glaciers disparus
Extension glaciaire sur la région Grenobloise au Wurm il y a 22000 ans. Sylvain Coutterand Atlas des glaciers disparus
Granite strié ( alluvions glaciaires Bresson (38)) David Ciesielski
Granite strié ( alluvions glaciaires Bresson (38)) David Ciesielski
Roche typique en forme de fer à repasser ( alluvions glaciaires Bresson (38)) david Ciesielski
Roche typique en forme de fer à repasser ( alluvions glaciaires Bresson (38)) david Ciesielski

Un cirque glaciaire : Quelle définition?

Quand les auteurs emploient le terme de cirque glaciaire, on peut légitimement se demander comme le fait HAYNES, s'ils incluent dans cette définition les formes les plus complexes de cirques glaciaires.

Mitchell et Montgomery ( 2006), Foster ( 2008) dans leurs études respectives portant sur les effets de l'érosion glaciaire sur le relief, s'appuient sur le même définition morphologique du cirque glaciaire: c'est une dépression qui se niche dans la topographie de haute altitude et qui est bordée par une ligne de crêtes arquées ou semi-circulaire. Le seuil des cirques, plat ou peu inclinée peut contenir un lac à la faveur d'un sur creusement et se termine vers l'aval par une marche topographique ou un raidissement du profil longitudinal.

Cependant, sous l'effet de climats variables, de lithologie diverses, de topographies particulières, les formes de cirques glaciaires peuvent être multiples et ne répondre que partiellement à la définition précédente: Gordon (1977) en écosse différencie des simples glaciaires, les "cirques complexes", composés de cirques coalescents et les " cirques en auge" aux formes plus allongées sans rupture de pente vers l'aval.

 

HAYNES ' 1977, 1995) utilise le terme " Tête de vallée alpine" pour englober toutes ces formes morphologiques de cirques glaciaires. HAYNES catégorise ( 1998) dans la péninsule Antarctique, là où les temps d'englacement ont été particulièrement longs et les processus d'érosion conséquents, les cirques e, quatre sous-groupes: les cirques simples, les cirques complexes, les cirques secondaires et les cirques en auge. Chacun de ces sous-groupes présente des propriétés morphologiques ( tailles et formes) caractéristiques.

On trouve toutefois dans de nombreux ouvrages de vulgarisation, l'utilisation fréquente des termes " cirque en fauteuil" et de " cirque en van". Un cirque en fauteuil présente une dépression et un verrou avec une contre-pente bien marquée tandis qu'un cirque en van est un amphithéâtre ou s'accumule la glace dans un creux relatif sans véritable contrepente.

Quelles sont les conditions favorables au développement des cirques glaciaires?

On serait tenter de hiérarchiser, comme l'a fait G. MONTJUVENT ( 1978) dans les vallées du Drac( 38) et de la Romanche ( 38- Oisans France), les conditions favorables et défavorables à l'établissement des cirques glaciaires. cependant, la complexité des formes de cirques glaciaires dans les différentes chaînes de montagne, les climats variables et lithologie diverses sous et dans lesquels se développent nous contraints à la prudence.

Nous nous bornerons donc ici à évoquer certaines généralités sur les conditions qui président à leur formation.

 

 

-La topographie initiale.

 

Il peut s'agir d'une surface régulière ou irrégulière, à partir de laquelle la pente est comprise entre 10° et 30-35°

La genèse d'un cirque à partir d'un ancien bassin de réception torrentiel ne semble pas indispensable à la plupart des cirques deriveraient en fait de l'évolution d'un simple concavité de pente, héritée d'une érosion fluviale et autorisant le mouvement de la glace.

 

Dans les modélisations numériques portant sur le développement des cirques glaciaires, K.R Mac GREGOR ( 2009) impose d'ailleurs un profil initial s'échappant du bord d'un plateau surélevé avec une déclivité s'amortissant progressivement.

Ce type de plateau surélevé est celui dans un certain nombre de chaînes montagneuses comme dans le Colorado, la Sierra Nevada ou la Péninsule Antarctique/

Ce sont dans les escarpements  de ces plateaux d'altitude que se sont développés les cirques glaciaires.

 

 

 

- L'altitude

Selon Porter, la zone de déformation des cirques dans une chaîne de montagne se situe entre l'actuelle altitude de la ligne d'équilibre des névés et l'altitude minimale. PORTER fait l'hypothèse que cette zone marque la tranche altitudinal où les glaciers ont suffisamment de pouvoir  érosif pour imprimer le relief et générer l'initiation et le développement de cirques.

- Le climat

On note l'existence de cirques glaciaires sous une large panel de climats: du climat maritime au climat continental polaire. RICHARDSON et HOMLUND ( 1996) sur un travail réalisé sur le Passglaciaren en Suède, démontre que dans les climats continentaux, les cirques glaciaires actuels sont polythermes et sont gelés par endroits à leur base. Cela réduit leur efficacité comme agent d'érosion : ils concluent que sous ces climats, les cirques de bassins se sont probablement formés durant les périodes proches des maximas glaciaires, quand une calotte de glace ou de larges vallées glaciaires recouvrent la région: sous ces conditions, l'épaisseur de glace maintiendrait des conditions tempérées au niveau du lit, facilitant le travail érosif.

Dans le cadre d'une étude portant sur la formation des cirques dans le massif du Rassepautasjjakka ( Suède), JANSSON et RICHARDSON ( 1996), souligne qu'un changement de régime des vents et des précipitations peut initier le développement de cirques, en favorisant un bilan de masse positif du glacier. 

 

-L'orientation

Bien que la formation initiale d'un cirque dépende de la topographie et de l'orientation initiales des vallées, les cirques dans leur développement peuvent entretenir un rapport étroit avec la course du soleil au dessus de l'horizon. dans l'hémisphère nord, les cirques généralement les mieux développés sont ceux qui regardent vers le nord, où la fonte des neiges est la plus tardive. S. NAYLOR ( 2007) s'appuie d'ailleurs sur l'absence d'érosion glaciaire sur les versants Nord et non glaciaires sur les versants Sud. L'orientation préférentielle d'un cirque peut également correspondre à sa capacité  à récolter les précipitations issues des vents humides. Dans le haut pays écossais, GODARD (2001) a recensé que 71% des cirques glaciaires formés au pléistocène avaient une orientation Nord ou est, traduisant leur capacité à récupérer la neige soufflée par les vents sud-ouest dominants. A certaines latitudes, les cirques semblent se distribuer indifféremment dans toutes les orientations ( Péninsule Antarctique , Nord de la Scandinavie).

- La lithologie

Elle joue logiquement un rôle important puisque la dureté d'une roche, son degré de fracturation, de karstification la rend diffrentiellement modulable par l'érosion glaciaire. P.D HUGHES et al. ( 2007) dans une étude réalisée dans la chaine du Pindus en Grèce, montre que l'empreinte et l'orientation des cirques glaciaires se réalisent de manière fort différente dans les massifs calcaires et ophiolitiques de la chaine; traduisant une plus grande sensibilité du massif calcaire à l'érosion sub-glalciaire.

Comment le développement des cirques influence t-il les paysages alpins? Avec quel efficacité?

Des études géomorphologues comparatives  supportent les affirmations que les glaciations augmentent l'érosion des vallées et de la topographie du relief. L'observation de l'expansion des cirques glaciaires indique que leur développement peut jouer un rôle non négligeable dans l'évolution des paysages alpins. cependant, l'approche quantitative d'une telle capacité érosive n'a pas été établie de manière conclusive? Quels sont les résultats récents?

Pour une chaine de montagne qui subit un soulèvement de surface, sa progressive pénétration dans la zone de glaciation peut fournir des données importantes pour comprendre la transformation des paysages.

 

- OSKIN et BURBANK ( 2005) ont reconstruit l'évolution géomorphologie de l'Est de la chaine montagneuse de KYRGYZ en Asie centrale et souligné que le retrait des cirques glaciaires dominaient les stades initiaux de l'érosion glaciaire dans cette chaine de montagne.

 

Ils établissent le schéma suivant : Tant que l'altitude de la chaine reste inférieure à la ligne des névés, la forme et les réseaux de drainage sont d'abord  controlés par l'érosion fluviale. Puis la chaine intercepte la ligne des névés et déclenche l'érosion glaciaire sur les pentes orientées Nord en provoquant une migration vers le sud de la ligne de partage des eaux. Le soulèvement se poursuit en favorisant le retrait des parois des cirques et l'expansion de la vallée glaciaire.

dans la reconstruction des paléo-surfaces et ds lignes de partage des eaux , ils établissent que le retrait des cirques s'est réalisé à un tau deux à trois fois plus important que l'incision verticale de la vallée.

SHAWN NAYLOR et EJ GABET ( 2007) ont mené une comparaison des taux d'érosion glaciaire et non glaciaire dans la chaine des BITEROOTS ( MONTANA, USA) dans les pentes exposées nord présentent des vallées qui étaient enlacées au pléistocène alors que les pentes exposées sud ne l'étaient pas.

Ils ont montré que la ligne de crêtes d'orientation ouest-est et séparant ces vallées a été poussée vers le sud grâce à un retrait des paradis des cirques glaciaires.

 

Des indicateurs de comparaison ( distance entre basses vallées et lignes de crêtes, pentes moyennes et relief géophysique créé) ont permis à. NAYLOR de souligner la plus grande efficacité de l'érosion glaciaire et ont mis en évidence un allongement supérieur des vallées glaciaires de 50% par rapport aux vallées non glaciaires. les analyses géomorphologues mettent en avant un rapport de 4:1 entre l'érosion latérale liée au retrait des cirques et l'incision verticale de la vallée.