Explorer les glaciers avec des faisceaux radar
Les chercheurs de l'ETH utilisent des faisceaux radar pour passer au crible la glace et la neige sur le Jungfraujoch. Ils doivent parfois monter à des altitudes glaciales pour comprendre les données satellites.
![Trois personnes installent une antenne.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/06/globe-mit-radarstrahlen-gletscher-erforschen/_jcr_content/articleLeadImage/image.imageformat.carousel.1544984617.jpg)
De violentes rafales de vent poussent des panaches de neige devant elles. Le brouillard cache le soleil, tout autour, tout est blanc. Bien que le soleil ne brille pas directement du ciel, il est si éblouissant qu'il faut plisser les yeux - impossible de s'en sortir sans lunettes de soleil.
Le vent s'est sensiblement calmé. Les chercheurs de l'ETH Marcel ?tefko et Esther Mas i Sanz ainsi que leur professeure Irena Hajnsek se dépêchent de monter deux antennes radar trois étages au-dessus de la partie habitable de la station de recherche alpine du Jungfraujoch, l'une sur la terrasse supérieure, l'autre sur la terrasse inférieure. Toute la matinée, ils ont d? attendre de voir si le temps allait s'améliorer. Maintenant, le temps s'éclaircit.
Mais on ne voit toujours rien du glacier d'Aletsch, qui doit se trouver quelque part en bas, dans le blanc étincelant. "Ce n'est pas un problème pour le radar : il voit le glacier même à travers le brouillard ou les nuages", explique ?tefko en reliant l'antenne du radar à un ordinateur bien protégé de la neige et de la glace dans une caisse en plastique jaune. Et il ajoute : "Les vents forts sont mauvais pour nous, car le vacillement des antennes peut nuire à la précision des mesures sensibles".
Le radar mesure le retrait de la glace
Depuis plusieurs années, les chercheurs de l'ETH montent à la station de recherche alpine du Jungfraujoch pour y étudier la partie supérieure du glacier d'Aletsch à l'aide de différentes techniques et systèmes radar. Ils développent également de nouvelles méthodes et collectent des données de référence pour les systèmes de radars satellites.
A partir des données radar, les chercheurs créent entre autres des modèles numériques d'altitude, c'est-à-dire des cartes topographiques numériques. Gr?ce à ces représentations du terrain, ils peuvent déterminer l'altitude de la surface du glacier et calculer ainsi la perte d'altitude du glacier d'Aletsch au fil du temps.
"Gr?ce aux données radar, nous voyons clairement que le glacier a perdu massivement de l'altitude au cours des dernières années", explique la spécialiste en télédétection Hajnsek, "et ce de 2,5 mètres en moyenne annuelle".
Les radars des chercheurs de l'ETH sont toutefois si sensibles qu'ils détectent quelques millimètres de mouvement de la glace. "Nous mesurons que le glacier se déplace de huit à douze millimètres par heure, soit entre vingt et trente centimètres par jour", explique la doctorante Esther Mas i Sanz, qui participe pour la troisième fois à une campagne de mesure sur le Jungfraujoch. Le mouvement de la glace dépend toutefois fortement de l'endroit où l'on se trouve et est ici encore relativement faible dans la partie supérieure : à d'autres endroits qui ne sont pas détectés par le radar, le glacier d'Aletsch glisse chaque jour en moyenne de quatre-vingts centimètres vers l'aval.
![Femme tenant l'antenne pour le montage.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/06/globe-mit-radarstrahlen-gletscher-erforschen/_jcr_content/wide_content/image_103701462/image.imageformat.1286.1587711400.jpg)
Les chercheurs ne s'intéressent toutefois pas uniquement à la fonte des glaciers. Ils développent de nouvelles méthodes permettant de mesurer directement l'épaisseur du manteau neigeux par radar. Pour l'instant, il s'agit surtout d'un travail manuel : la méthode la plus fiable pour déterminer l'épaisseur de neige est de se rendre sur le glacier et d'enfoncer une longue sonde dans la neige. Ce n'est pas sans danger, car le courant de glace présente de nombreuses crevasses à cet endroit.
Améliorer la télédétection
Dans la salle de contr?le improvisée, Irena Hajnsek et Esther Mas i Sanz se tiennent derrière Marcel ?tefko. Il s'est assis à la table et a démarré son ordinateur portable. Il veut vérifier si les données qui arrivent sont utilisables. Les doigts encore raides, il tape quelques commandes et appelle une image qui ressemble à une échographie médicale.
L'écran montre des zones noires et blanches, ainsi que des parties bruyantes avec quelques pixels colorés. ?tefko pointe du doigt l'un de ces rides et explique : "Ceci est une crevasse, la zone noire est dans l'ombre du radar, la zone blanche réfléchit fortement le rayonnement, c'est pourquoi elle est si claire". Les zones grises indiquent que la neige, en fonction de ses caractéristiques, réfléchit les rayons radar.
L'origine du projet de radar sur le Jungfraujoch ne réside pas seulement dans la volonté d'étudier précisément la cryosphère autour du Jungfraujoch. Un autre objectif est également de soutenir et d'améliorer la télédétection radar par satellite gr?ce aux données collectées au sol.
Le lien avec la télédétection par satellite a été établi par Irena Hajnsek : Elle participe au design et à la conception de certaines missions radar européennes et, avant d'être engagée à l'ETH Zurich, elle a assuré la coordination scientifique de la mission TanDEM-X du Centre allemand pour l'aéronautique et l'aérospatiale (DLR). Cette mission avait pour but d'établir une carte topographique à haute résolution de l'ensemble de la surface terrestre au moyen de mesures radar. Pour ce faire, le DLR a lancé le premier satellite dans l'espace en 2007, puis le deuxième trois ans plus tard.
Pendant leur vol autour de la Terre, les satellites jumeaux tournent sur des orbites en spirale. Chacun des deux satellites dispose d'un système radar. Les spécialistes parlent d'une configuration radar bistatique. Les chercheurs du DLR ont généré des modèles d'altitude tridimensionnels à haute résolution à partir des données ainsi collectées.
Bien que la mission TanDEM-X ait atteint son objectif depuis longtemps, elle se poursuit. Les satellites jumeaux tournent toujours autour de la Terre, notamment pour étudier les changements d'utilisation des sols tels que les défrichements. TanDEM-X survole également tous les onze jours la région de la Jungfrau, qui a été inscrite sur la liste des "supersites de test". Des images de ces zones sont régulièrement prises pendant plusieurs années afin de pouvoir documenter leurs rapides changements.
Au fil des années, Hajnsek et ses collaborateurs ont développé un système radar au sol appelé KAPRI, qui simule en fait la configuration radar bistatique de TanDEM-X et fournit de nouvelles informations en préparation d'autres missions bistatiques.
![Trois personnes dans le laboratoire devant l'ordinateur.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/06/globe-mit-radarstrahlen-gletscher-erforschen/_jcr_content/wide_content/image_1926646006/image.imageformat.1286.1017005908.jpg)
"Le radar à pénétration de sol nous fournit en peu de temps une grande quantité de données sur une zone donnée et il est flexible - nous pourrions l'installer presque partout. La seule condition est qu'il soit placé sur un point élevé", souligne la professeure de l'ETH. L'inconvénient est que son système radar ne couvre qu'une petite zone, alors que les radars satellites couvrent toute la Terre. "Mais comme nous savons exactement ce que nous regardons avec nos radars, nous pouvons plus facilement interpréter les données collectées et les attribuer précisément à une surface donnée. Cela aide à mieux interpréter les données collectées depuis l'espace".
Un terrain d'essai idéal
Il a fallu une bonne heure aux trois chercheurs pour installer deux radars répartis sur deux terrasses. Irena Hajnsek se tient à c?té du radar sur la terrasse inférieure, bien emmitouflée dans ses lunettes de glacier, ses gants épais et ses bottes d'hiver en peau d'agneau ; elle étend les bras et tourne en rond à soixante degrés. "C'est dans cette zone que nous enregistrons le terrain", explique-t-elle.
D'ici, la vue s'étend sur une grande partie du glacier supérieur d'Aletsch jusqu'à bien au-delà de la Konkordiaplatz, où quatre bras du glacier se rejoignent. La recherche n'est possible ici que gr?ce à l'excellente infrastructure de la station de recherche des hautes Alpes. Les chercheurs y trouvent tout ce dont ils ont besoin : une alimentation électrique fiable fournie par les chemins de fer de la Jungfrau, un accès Internet sans fil, un logement confortable avec une cuisine entièrement équipée et une vue imprenable sur le glacier. De plus, les chercheurs peuvent accéder directement au glacier par une galerie afin de collecter des échantillons de glace et de neige et d'installer des réflecteurs de coin - des appareils d'étalonnage pour les radars.
![Une femme contr?le les connexions de c?bles](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/06/globe-mit-radarstrahlen-gletscher-erforschen/_jcr_content/wide_content/image_877747836/image.imageformat.1286.904238835.jpg)
"Le Jungfraujoch est donc l'environnement de test idéal pour notre projet, et nous sommes reconnaissants de pouvoir utiliser l'infrastructure de la station de recherche alpine du Jungfraujoch", déclare Hajnsek, qui se réjouit qu'elle et ses collaborateurs soient si bien soutenus ici.
Radar de sol mobile
Le soleil s'est imposé et les nuages se sont presque entièrement dissipés. Le thermomètre affiche encore moins douze degrés Celsius, le vent vous transperce la moelle et les jambes. Marcel ?tefko a démonté l'une des antennes en forme de poutre et la ramène avec précaution dans le débarras à c?té de la salle de contr?le. "La règle veut que nous démontions les antennes radar 40 minutes avant le coucher du soleil", explique-t-il. Doigts froids garantis, encore une fois, car pour desserrer les fines vis de maintien, il doit retirer ses gants.
![Un sponsor porte l'antenne en haut d'un escalier.](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/06/globe-mit-radarstrahlen-gletscher-erforschen/_jcr_content/wide_content/image/image.imageformat.1286.1884977069.jpg)
Pendant dix jours encore, ?tefko et Mas i Sanz resteront là-haut pour effectuer d'autres mesures. La campagne de mesures de printemps se terminera à la mi-mars. Une autre suivra en été. ?tefko a mis au point un nouveau système qu'il souhaite développer. Dans ce système, l'un des deux radars se déplace lentement de droite à gauche sur un rail. Il simule ainsi les mouvements pendulaires de la paire de satellites TanDEM-X. De tels écarts de distance influencent fortement les signaux radar détectés. Les spécialistes de la télédétection veulent déterminer l'ampleur de cet effet gr?ce au radar sur rail.
Pendant la campagne de mesure du mois de mars, ils ont monté et testé le système à plusieurs reprises. La neige et le froid ont toutefois posé des défis inattendus aux chercheurs : "L'équipement utilisé n'est pas con?u pour des conditions aussi rudes. Nous avons d? l'adapter techniquement pour qu'il fonctionne aussi ici en haut", explique le post-doctorant. "Nous développons la technologie en permanence. La prochaine étape est de traiter et d'examiner les données pour voir quelle direction prendre pour les prochaines mesures". Les chercheurs de l'ETH continueront donc à s'élever à des altitudes glaciales pour percer les secrets de la cryosphère, qui échappent actuellement à l'?il du radar.
"Globe" En avant toute !
![Globe 24/02 Couverture](/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2024/06/globe-mit-radarstrahlen-gletscher-erforschen/_jcr_content/wide_content/greybox_643021638/par/textimage_188612347/image.imageformat.textdouble.1248665893.jpg)
Ce texte est paru dans l'édition 24/02 du magazine de l'ETH. Globe paru dans le journal.