par Madelaine Gamble Rosevear, Ben Galton-Fenzi, Bishakhdatta Gayen et Catherine Vreugdenhil, La conversation
La taille de la calotte glaciaire de l’Antarctique peut être difficile à comprendre. D’une épaisseur moyenne de deux kilomètres et couvrant près de deux fois la superficie de l’Australie, la calotte glaciaire contient suffisamment d’eau douce pour élever le niveau de la mer de 58 mètres.
La perte de glace de cette nappe devrait être le principal facteur d’élévation du niveau de la mer d’ici 2100, mais sa contribution reste très incertaine. Même s’il est certain que le niveau de la mer augmentera au cours de ce siècle, les projections de la contribution de la glace de l’Antarctique varient d’une hauteur de 44 cm à une chute de 22 cm.
Une grande partie de cette incertitude est due au fait que les processus océaniques qui contrôlent le devenir de la nappe se produisent à une échelle incroyablement petite et sont très difficiles à mesurer et à modéliser.
Mais récemment, les scientifiques ont fait des progrès significatifs dans la compréhension de cette « couche limite glace-océan ». Ces progrès font l’objet de notre nouveau document de révisionpublié aujourd’hui dans Examens annuels.
Rétrécissement, amincissement et retrait
Aux marges de la calotte glaciaire de l’Antarctique, les glaciers se jettent dans l’océan Austral, formant des plates-formes de glace flottantes. Ces plates-formes de glace agissent comme des pierres angulaires stabilisant la calotte glaciaire. Ils diminuent également.
L’océan fait fondre les plates-formes de glace par le bas, un processus connu sous le nom de « fonte basale ». L’augmentation de la fonte basale a conduit à l’amincissement et au retrait de la calotte glaciaire dans certaines régions, élever le niveau de la mer à l’échelle mondiale.
Cela a également ralenti le courant le plus profond de la circulation mondiale inversée, un système de courants océaniques qui font circuler l’eau autour du globe.
À l’image des glaciers qui les nourrissent, les plates-formes de glace sont immenses. Pourtant, les processus océaniques qui contrôlent la fonte basale et le sort de l’ensemble de la calotte glaciaire de l’Antarctique se produisent à l’échelle du millimètre. Ils se produisent dans une fine couche d’océan, juste sous la glace.
La couche limite entre la plate-forme de glace et l’océan est froide, à des kilomètres de tout lieu et sous une glace très épaisse. Il n’est donc pas étonnant qu’elle ait à peine été mesurée.
L’étude de cette couche avec d’autres techniques telles que les simulations informatiques constitue également un défi de taille. Jusqu’à récemment, les minuscules mouvements au sein de la couche limite glace-océan rendaient hors de portée une modélisation précise de la fonte des glaces.
Ces deux défis ont longtemps contrecarré les efforts visant à répondre à la question apparemment simple : « Comment l’océan fait-il fondre les plates-formes de glace de l’Antarctique ?
Modéliser la micro-échelle
Les simulations informatiques des processus océaniques ne sont pas nouvelles.
Mais ce n’est que récemment que les simulations de la couche limite glace-océan sont devenues réalisables, à mesure que les ressources informatiques augmentent et que leur coût d’utilisation diminue.
Plusieurs groupes de recherche à travers le monde se sont attaqués à ce problème, modéliser le flux océanique à micro-échelle qui fournit de la chaleur à la glace pour la faire fondre.
Les chercheurs recherchent une relation entre ce que fait l’océan et la rapidité avec laquelle la glace fond. Jusqu’à présent, ils ont découvert pas une seule relation mais plusieurschacun indiquant un « régime » de fusion différent. Les conditions océaniques (température, teneur en sel et vitesse des courants océaniques) et la forme de la glace déterminent le régime de fonte applicable.
La forme de la calotte glaciaire est essentielle car l’eau de fonte est fraîche et plus légère que l’océan environnant. Comme l’air chaud s’accumulant au sommet d’une pièce, l’eau de fonte fraîche et froide s’accumule dans les creux de la surface inférieure de la calotte glaciaire, isolant la glace de l’eau de l’océan en dessous et ralentissant la fonte.
Pour la glace en forte pente, l’effet isolant est bien moindre. Le flux énergétique de l’eau de fonte qui monte sous la glace abrupte conduit à un mélange avec les eaux océaniques plus chaudes. Cela augmente la fusion.
Les courants océaniques rapides ont un effet similaire, car ils transfèrent de la chaleur à la glace.
Robots équipés de sonar
Récemment, des robots océaniques, dont véhicules sous-marins autonomes et sondes captives déployées par forage à travers la glaceont fourni des quantités de données sans précédent sur l’environnement sous les plates-formes de glace.
À l’aide d’un sonar et de caméras, ces robots ont révélé un « paysage de glace » étrange et merveilleux sous les plateformes de glace.
Ce paysage de glace est constitué de nombreuses caractéristiques de glace différentes, dont la taille varie de quelques centimètres à plusieurs kilomètres. Certaines, comme les crevasses aux parois abruptes, sont formées par la fracturation des glaces. D’autres, comme les dépressions alvéolées dans la glace (souvent appelées « pétoncles »), les « terrasses » en forme d’escalier, les « écopes » en forme de moule et les canaux basaux plus grands, seraient formés par des processus de fonte.
Nos nouvelles connaissances sur la fusion, issues de simulations informatiques et de robots, mettent en lumière ces caractéristiques et la façon dont elles se forment. L’existence de régimes de fonte aide à expliquer l’évolution des terrasses aux parois abruptes, ou pourquoi différentes caractéristiques apparaissent dans des parties distinctes d’une plate-forme de glace.
Par exemple, dans la partie orientale, chaude et calme de la plateforme de glace Dotson, à l’ouest de l’Antarctique, un robot autonome a observé des terrasses basales. À l’ouest de Dotson, qui subit des courants froids et rapides, de grandes écopes en forme de moule ont été découvertes.
Des incertitudes demeurent
On ignore encore exactement comment se forment certaines de ces caractéristiques.
Nouvelles simulations qui permettent à la frontière glace-eau de se déplacer dans le temps montrent le comportement « auto-sculptant » de la fonte des glaces. Ceci est similaire à la façon dont les dunes se forment et se déplacent dans un désert.
Cependant, de nouveaux modèles informatiques sont nécessaires pour simuler la formation et l’évolution de l’ensemble du paysage glaciaire.
Certaines des avancées récentes soulignées ici contribuent à réduire l’incertitude dans notre compréhension de la contribution de la calotte glaciaire de l’Antarctique à l’élévation mondiale du niveau de la mer.
Cependant, intégrer notre nouvelle compréhension de la fonte basale et du paysage glaciaire dynamique qu’elle forme dans les modèles de climat et de calotte glaciaire présente encore un énorme défi.
Il est urgent de relever ce défi. Une représentation précise de la fonte dans les modèles climatiques et de calotte glaciaire réduira la profonde incertitude entourant les projections de l’élévation du niveau de la mer, en particulier à mesure que les conditions océaniques – et les régimes de fonte des plateformes glaciaires – évoluent dans le futur.
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lire le article original.