Stratigraphie, morphodynamique, paléoenvironnements des terrains sédimentaires meubles à forte déclivité du domaine périglaciaire alpin

Dans le contexte d'un climat de plus en plus chaud, une etude « geosystemique » de la repartition du pergelisol dans l'ensemble d'un versant periglaciaire alpin, de la paroi rocheuse jusqu'au glacier rocheux, s'avere primordiale. S'inserant dans cette problematique, ce travail de these vise comme objectif general l'etude des versants d'eboulis situes a l'interieur de la ceinture du pergelisol discontinu selon deux volets de recherche differents : une etude de la stratigraphie et de la repartition du pergelisol dans les eboulis de haute altitude et des processus qui lui sont associes ; une reconstitution de l'histoire paleoenvironnementale du domaine periglaciaire alpin pendant le Tardiglaciaire et l'Holocene. La stratigraphie et la repartition spatiale du pergelisol a ete etudiee dans cinq eboulis des Alpes Valaisannes (Suisse), dont trois ont fait l'objet de forages profonds, grâce a la prospection geophysique de detail effectuee a l'aide de methodes thermiques, de resistivite, sismiques et nucleaires. Les mesures effectuees ont permis de mettre en evidence que, dans les cinq eboulis etudies, la repartition du pergelisol est discontinue et aucun des versants n'est integralement occupe par du pergelisol. En particulier, il a ete possible de prouver de maniere directe que, dans un eboulis, le pergelisol est present dans les parties inferieures du versant et absent dans les parties superieures. Trois facteurs de controle principaux de la repartition du pergelisol determinee au sein des eboulis etudies ont ete individualises, pouvant agir seuls ou de maniere combinee : la ventilation ascendante, l'augmentation de la granulometrie en direction de l'aval et la redistribution de la neige par le vent et les avalanches. Parmi ceux-ci, la relation ventilation-granulometrie semble etre le facteur de controle principal permettant d'expliquer la presence de pergelisol dans les parties inferieures d'un eboulis et son absence dans les parties superieures. Enfin, l'analyse de la structure des eboulis periglaciaires de haute altitude a permis de montrer que la stratigraphie du pergelisol peut etre un element important pour l'interpretation de la signification paleoclimatique de ce type de formes. Pour le deuxieme volet de la recherche, grâce aux datations relatives effectuees a l'aide de l'utilisation conjointe de la methode paleogeographique et du marteau de Schmidt, il a ete possible de definir la chrono-stratigraphie du retrait glaciaire et du developpement des glaciers rocheux et des versants d'eboulis des quatre regions des Alpes suisses etudiees (regions du Mont Gele - Mont Fort, des Fontanesses et de Chamosentse, dans les Alpes Valaisannes, et Massif de la Cima di Gana Bianca, dans les Alpes Tessinoises). La compilation de toutes les datations effectuees a permis de montrer que la plupart des glaciers rocheux actifs etudies se seraient developpes soit juste avant et/ou pendant l'Optimum Climatique Holocene de 9.5-6.3 ka cal BP, soit au plus tard juste apres cet evenement climatique majeur du dernier interglaciaire. Parmi les glaciers rocheux fossiles dates, la plupart aurait commence a se former dans la deuxieme moitie du Tardiglaciaire et se serait inactive dans la premiere partie de l'Optimum Climatique Holocene. Pour les eboulis etudies, les datations effectuees ont permis d'observer que leur surface date de la periode entre le Boreal et l'Atlantique recent, indiquant que les taux d'eboulisation apres la fin de l'Optimum Climatique Holocene ont du etre faibles, et que l'intervalle entre l'âge maximal et l'âge minimal est dans la plupart des cas relativement court (4-6 millenaires), indiquant que les taux d'eboulisation durant la periode de formation des eboulis ont du etre importants. Grâce au calcul des taux d'erosion des parois rocheuses sur la base du volume de materiaux rocheux pour quatre des eboulis etudies, il a ete possible mettre en evidence l'existence d'une « eboulisation paraperiglaciaire » liee a la degradation du pergelisol dans les parois rocheuses, fonctionnant principalement durant les periodes de rechauffement climatique rapide comme cela a ete le cas au debut du Bolling, du Preboreal a la fin de l'Atlantique recent et, peut-etre, a partir des annees 1980. - In the context of a warmer climate, a « geosystemical » study of the permafrost distribution in a whole alpine periglacial hillslope, from the rockwall to the rockglacier, is of great importance. With respect to this problem, the general objective of this PhD thesis is the global study of talus slopes located within the alpine periglacial belt following two different research axes: the analysis of the internal structure and of the permafrost distribution of high altitude talus slopes and of the related processes; the reconstruction of the palaeoenvironmental history of the alpine periglacial belt during the Lateglacial and the Holocene. The stratigraphy and the permafrost distribution were studied in five talus slopes of the Valais Alps (Switzerland) with the analysis of borehole data (on three of the five talus slopes) and other methods of permafrost prospecting: Electrical Resistivity Tomography (ERT), Refraction Seismic Tomography (RST) and nuclear well logging. The collected data shows that, in all of the studied talus slopes, permafrost distribution is discontinuous and that neither of the hillslopes is integrally characterised by permafrost. In particular, this data proves by direct investigations that, in talus slopes, permafrost is present in the lower parts of the hillslope, whereas it is absent in the upper parts. Permafrost distribution in alpine talus slopes is depending of the combination of almost three controlling factors, whose respective importance is variable: the chimney effect, the increase of grain size downslope and the redistribution of snow by avalanches. Depending on the size of the talus and on topographical and geomorphological heterogeneities, various cases are possible: one dominant controlling factor or the combination of various factors. Nevertheless, it would be an error to consider each controlling factor independently, without considering their relationships. Between these controlling factors, the relationship chimney effect/grain size seems to be the most important factor controlling the presence of permafrost in the lowest part of periglacial talus slopes, and its absence in the upper parts. Finally, the analysis of the talus structure shows that the permafrost stratigraphy may be an important element of interpretation of the palaeoclimatic significance of an alpine talus slope. The second research axe focused on the establishment of a chronology of the Lateglacial glacier retreat and the dating of rockglaciers and talus slopes development in four studied regions of the Swiss Alps (Mont Gele - Mont Fort, Fontanesses and Chamosentse regions, in the Valais Alps, and the Cima di Gana Bianca Massif, in the Ticino Alps). The compilation of the dates acquired through the combination of the palaeogeographical method and of the Schmidt hammer indicates that most of the investigated active rockglaciers started to evolve during the early phases of the Holocene or, at the latest, after the early-to-mid Holocene Climatic Optimum (ending around 6.3 ka cal BP). For the dated relict rockglaciers, most of them started to evolve in the second half of the Lateglacial, and probably became inactive at the beginning of the Holocene Climatic Optimum. For the investigated talus slopes, the relative dating carried out allowed to show that their surface date from the period included between the Boreal and the end of the Atlantic, pointing out that the rockwall retreat after the end of the Holocene Climatic Optimum was weak, and that the interval between maximal and minimal ages is in most cases relatively short (4-6 millennia). Therefore, the rockwall retreat during the development period of the talus slopes must has been considerable. Thanks to the calculation of rockwall erosion rates based on the volume of talus accumulations for four of the investigated hillslopes, it was possible to find evidences of the existence of "paraperiglacial rockfall phases" related to the permafrost degradation in rockwalls. These phases coincide with rapid climate warming periods, as at the beginning of the Bolling, during the Preboreal or, maybe, since 1980.