Décapitation glaciaire et trajectoires comportementales divergentes : segmentation U-Net multi-capteurs de 22,155 glaciers dans l’Ouest de l’Amérique du Nord (1984–2025)

Tarka, Maxime (2026). Décapitation glaciaire et trajectoires comportementales divergentes : segmentation U-Net multi-capteurs de 22,155 glaciers dans l’Ouest de l’Amérique du Nord (1984–2025). Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le destin à long terme d’un glacier dépend non seulement de sa superficie résiduelle, mais de la persistance fonctionnelle de sa zone d’accumulation. Ce mémoire présente deux contributions complémentaires qui adressent ce problème à l’échelle continentale, pour 22,155 glaciers d’Alaska et de l’Ouest de l’Amérique du Nord sur 42 ans (1984–2025).

Le chapitre 2 (soumis à Nature Climate Change, numéro NCLIM-26062362-T) introduit le concept de décapitation glaciaire — l’absence persistante et satellite-détectable de neige de fin de saison sur toute la surface glaciaire visible comme signature observable d’une zone d’accumulation non fonctionnelle. Quatre décennies d’observations satellitaires résolvent trois groupes de trajectoires : les glaciers Resilient (n = 10,708, 48,3 %) qui maintiennent leur zone d’accumulation et tamponnent la variabilité interannuelle ; les Declining (n = 3209, 14,5 %) en déclin structurel depuis 1984; et les Tippers (n = 7831, 35,3 %) qui suivaient des trajectoires résilientes avant de basculer abruptement entre 2013 et 2020. La décapitation affecte déjà 9,1% des glaciers, s’accélère, et présente une forte asymétrie de réversibilité selon le groupe de trajectoire. Le destin glaciaire est structuré par le cadre morpho-topographique et l’exposition climatique—et non par la taille —ce qui permet d’identifier les glaciers à risque avant que la perte de neige soit directement observable.

Il s’appuie sur un pipeline de segmentation U-Net à quatre classes (Neige, Glace, Nuage, Autre), couvrant cinq capteurs (1984–2025) et validé sous split spatial strict au niveau glacier—seul protocole fiable pour un déploiement continental—atteignant mIoU = 0,705 sur le jeu de test retenu. Appliqué aux 22,155 glaciers, ce pipeline produit 786,014 observations glacier–année de Fneige sur 1984 2025, avec une enveloppe d’utilisation documentée. Les annexes I à V, rédigées en français, complètent le chapitre 2 sur des points non développés dans son format éditorial : forçages interannuels de Fneige par sous-groupe (CatBoost, SHAP, mémoire glaciaire vs. forçage thermique) ; validation externe complémentaire contre le bilan de masse WGMS AMCE avec sélection du candidat retenu et décomposition par groupe de trajectoire ; compléments techniques sur la Surface Glaciaire Visible, la cohorte non assignable, la reconstruction bidirectionnelle, la fragmentation spatiale et dynamique altitudinale, la trajectoire des centroïdes de retrait et deux métriques complémentaires de la SGV (FSGVref neige et FSGVref SGV ) ; et forçages climatiques régionaux, contexte des événements climatiques (1977–2025) ; et inventaire complet des sources de données exogènes et des modèles numériques d’élévation mobilisés dans le chapitre 2.

Titre traduit

Glacier decapitation and divergent behavioural trajectories : U-Net multi-sensor segmentation of 22,155 glaciers in western North America (1984–2025)

Résumé traduit

The long-term fate of a glacier depends not only on its remaining area but on the functional persistence of its accumulation zone. This thesis presents two complementary contributions addressing this problem at continental scale, for 22,155 glaciers in Alaska and western North America over 42 years (1984–2025).

Chapter 2 (submitted to Nature Climate Change, tracking number NCLIM-26062362-T) introduces the concept of glacier decapitation — the persistent, satellite-detectable absence of end-of-season snow over the entire visible glacier surface — as an observable signature of a non-functional accumulation zone. Four decades of satellite observations resolve three trajectory groups : Resilient (n = 10,708, 48.3 %) glaciers that maintain their accumulation zone and buffer interannual variability ; Declining (n = 3209, 14.5 %) glaciers in structural decline since 1984; and Tippers (n = 7831, 35.3 %) that followed resilient trajectories before abruptly tipping between 2013 and 2020. Decapitation already affects 9.1% of glaciers, is accelerating, and shows strong reversibility asymmetry across trajectory groups. Glacier fate is structured by morpho-topographic setting and climatic exposure —not size— enabling identification of at-risk glaciers before snow loss is directly observable.

It relies on a four-class segmentation U-Net pipeline (Snow, Ice, Cloud, Other), covering five sensors (1984–2025) and validated under strict glacier-level spatial split — the only reliable protocol for continental deployment—achieving mIoU = 0.705 on the held-out test set. Applied to 22,155 glaciers, this pipeline produces 786,014 glacier-year observations of Fsnow over 1984– 2025, with a documented applicability envelope. Appendices I through V, written in French, complement chapter 2 on points not developed within its editorial format : interannual forcing of Fsnow by subgroup (CatBoost, SHAP, glacier memory vs. thermal forcing) ; supplementary external validation against WGMS AMCE geodetic mass balance, including candidate selection and decomposition by trajectory group ; technical complements on the Visible Glacier Surface, the unassignable cohort, bidirectional reconstruction, spatial fragmentation and altitudinal dynamics, centroid retreat trajectories, and two complementary SGV metrics (FSGVref snow and FSGVref SGV ) ; regional climate forcing and climate-event context (1977–2025) ; and a complete inventory of exogenous data sources and digital elevation models mobilised in chapter 2.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 89-96).
Mots-clés libres:	décapitation glaciaire, fraction de neige, zone d’accumulation, segmentation U-Net, Landsat, Sentinel 2, Ouest de l’Amérique du Nord, trajectoires comportementales
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) Baraër, Michel
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Aubry-Wake, Caroline
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	18 juill. 2026 15:23
Dernière modification:	24 juill. 2026 14:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/4012

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