Ruptures estivales de plateformes de glace ( ice shelf ) en Antarctique et diminution de la masse des calottes de glace

Pierre Thomas

ENS Lyon, Laboratoire de Sciences de la Terre

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

05/03/2010

Résumé

Les variations de masse des calottes polaires, processus classiques et réchauffement climatique.


La dislocation de la langue terminale de Mertz

La fin de l'été austral approche et, avec elle, la période des grandes ruptures de plateformes de glace ( ice shelf ). La presse en général, et le Monde du 28 février - 1er mars en particulier s'est fait l'écho d'une rupture un peu particulière qui s'est opérée durant ce mois de février 2010. L'extrémité flottante du glacier de Mertz, près de la Terre Adélie, s'avançait dans la mer sous forme d'une plateforme de glace en forme de langue, de 30 km de large pour 70 km de long. Cette langue de glace était sous surveillance, car son vélage était redouté (des ruptures-détachements de vastes panneaux de plateformes de glace sont appelées vélages). Le 13 février 2010, cette langue de glace a été heurtée par un énorme iceberg, l'iceberg B-9B, de dimension voisine et qui était suivi par satellite depuis 10 ans. Ce choc entre B-9B et la langue glaciaire de Mertz a entraîné la rupture de cette langue, puis sa dérive.

Les 4 images qui suivent montrent ce choc, sous forme d'un montage puis de 3 images détaillées.

Figure 1. Montage de 3 images satellite (en "visible") prises en février 2010 montrant le choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz (à gauche) et l'iceberg B-9B (au centre droit)

Montage de 3 images satellite (en "visible") prises en février 2010 montrant le choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz (à gauche) et l'iceberg B-9B (au centre droit)

La langue glaciaire qui s'est détachée mesure 70x30 km. Elle a une épaisseur de 400 m (40 m au-dessus de la mer, 360 m en dessous).


Figure 2. Choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz et l'iceberg B-9B

Choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz et l'iceberg B-9B

Image satellite dans le "visible", 7 février 2010.


Figure 3. Choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz et l'iceberg B-9B

Choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz et l'iceberg B-9B

Image satellite dans le "visible", 20 février 2010.


Figure 4. Choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz et l'iceberg B-9B

Choc entre la langue glaciaire flottante de Mertz et l'iceberg B-9B

Image satellite dans le "visible", 26 février 2010.


 

En parcourant le web, on peut trouver des images satellite de cette langue/plateforme de Mertz et de l'iceberg B-9B les années précédentes, par exemple une image "optique" de 2001, et 2 images radar datant de 2002 et de 2007.

Figure 5. Image MODIS (visible) de la région du glacier de Mertz prise en 2001

Image MODIS (visible) de la région du glacier de Mertz prise en 2001

Figure 6. Image satellite radar de la région du glacier de Mertz prise en 2002

Image satellite radar de la région du glacier de Mertz prise en 2002

Les icebergs B-9B et C-08 n'ont quasiment pas bougé depuis 2001.


Figure 7. Image satellite radar ESA/Envisat prise en 2007

Image satellite radar ESA/Envisat prise en 2007

Par rapport à 2002, l'iceberg B-9B n'a toujours pas bougé de façon notable . L'iceberg C-08 a disparu, les icebergs C-14 A et B se sont fragmentés en C-14 A, B et C. Cette image radar haute résolution montre bien que la plateforme de Mertz est la «"angue" terminale d'un glacier dont on voit les marques de fluage (à gauche).


L'image Google earth, permet de "bien" voir que cette langue de glace de Mertz débouche d'une vallée. Cette image date du 5 mars 1999, ce qui montre que cela fait plus de 10 ans que la langue terminale du glacier de Mertz se présente sous forme d'une étroite plateforme de glace s'avançant dans la mer.

Figure 8. Vue Google Earth (mars 2009) de la plate-forme/langue terminale de Mertz

Vue Google Earth (mars 2009) de la plate-forme/langue terminale de Mertz

Par rapport à 2002, l'iceberg B-9B n'a toujours pas bougé de façon notable. L'iceberg C-08 a disparu, les icebergs C-14 A et B se sont fragmentés en C-14 A, B et C. Cette image radar haute résolution montre bien que la plateforme de Mertz est la "langue" terminale d'un glacier dont on voit les marques de fluage (à gauche).



Rappelons que les plateformes de glace, qu'elles aient une forme de langue comme la plateforme de Mertz ou une forme plus large résultent de l'arrivée en mer d'un glacier issu du continent qui se détache du substratum rocheux et qui flotte à la surface de l'océan.

Figure 10. Schéma théorique de la genèse d'une plateforme de glace ( ice shelf )

Schéma théorique de la genèse d'une plateforme de glace (ice shelf)

La glace de ces plateformes flottantes mesure en général plusieurs centaines de mètres d'épaisseur. Elles dépassent au-dessus du niveau de la mer de plusieurs dizaines de mètres.


Les images qui suivent, "glanées" sur le web montrent bien à quoi ressemble une plateforme de glace et les icebergs qui s'en détachent. Ces images viennent de la plateforme de Mertz ou de ses environs immédiats.

Figure 11. Vue du rebord de la plateforme de Mertz (40 m de haut), janvier 2008

Vue du rebord de la plateforme de Mertz (40 m de haut), janvier 2008


Figure 13. Photographie aérienne, prise en novembre 2007, de petits fragments détachés de la plateforme de Mertz

Photographie aérienne, prise en novembre 2007, de petits fragments détachés de la plateforme de Mertz

À la période à laquelle à été prise cette photo, les icebergs étaient encore pris dans la banquise non disloquée. On voit très bien la différence entre la glace de mer (de quelques mètres d'épaisseur) et les fragments de plateforme de glace de plusieurs centaines de mètres d'épaisseur, qui dominent donc la banquise de plusieurs dizaines de mètres.


La dislocation de la plateforme de Ronne-Filchner

La rupture atypique (car déclenchée par une collision) de la plateforme de Mertz a fait la une des médias. D'autres ruptures plus classiques (donc dont personne ne parle) permettent de montrer de belles images de ce processus. Par exemple, le site Earth Observatory signale la rupture de la plateforme de Ronne-Filchner entre le 12 et le 14 février 2010, et le site MODIS Rapid Response System permet d'en avoir de belles images.


Figure 20. Vue globale de la plateforme Ronne-Filchner le 14 février 2010

Vue globale de la plateforme Ronne-Filchner le 14 février 2010

Réchauffement climatique et perte de masse des glaciers antarctiques et groenlandais

Ces dislocations de plateformes de glace sont normales et arrivent tous les étés, bien que l'importance de ces dislocations varient d'un été sur l'autre. Contrairement à la dislocation de la plateforme Wilkins qui avait été précédée de 20 ans de réductions et qui était vraisemblablement due au réchauffement climatique, les ruptures des plateformes de Mertz et de Ronne-Filchner ne sont pas forcément à mettre sur le compte du réchauffement climatique. Les climato-négationnistes insistent lourdement sur le fait qu'il y a toujours eu de telles dislocations (ils ont raison) et que la quantité de glace antarctique ne varie pas (et là, ils ont tort). Pour justifier leur assertion fausse (la calotte antarctique ne diminue pas de volume), les climato-négationnistes insistent sur le fait que la température antarctique est presque toujours négative (ils ont raison), que les glaciers de ce fait ne peuvent pas fondre (ils ont raison) et donc pas diminuer (et là, ils ont tort). En effet, une calotte glaciaire peut perdre de la glace de deux manières : à cause d'une accélération de sa fonte, ou à cause d'une augmentation de la vitesse des glaciers qui s'en échappent en direction de la mer, qui vont donner des plateformes de glace, qui vont se disloquer et générer des icebergs, qui eux vont fondre.

La paire de satellites GRACE ( Gravity Recovery And Climate Experiment ) et des satellites radar permettant d'estimer les variations d'altitude par des procédés interférométriques permettent de mesurer avec précision la variation de volume des masses glaciaires antarctique et groenlandaise. Le verdict est sans appel : ces deux calottes perdent du volume. La NASA publie, par exemple, la courbe de variation du volume antarctique entre 2002 et 2009.

Figure 21. Variation de volume de la calotte antarctique entre 2002 et 2009

Variation de volume de la calotte antarctique entre 2002 et 2009

Si on fait l'approximation qu'1 km3 de glace a une masse de 1012 kg, on a l'équivalnce 1 Gt ~ 1 km3. Cette perte semble surtout due à une accélération de la vitesse de fluage des glaciers. La variation "lissée" pour éliminer les variations (aléatoires) d'une année sur l'autre est 1000 Gt (~ 1000 km3) de glace perdue en 7 ans, soit en moyenne 140 km3/an.


La NASA avait déjà publié il y a quatre ans un résultat qualitatif montrant les régions antarctiques perdant de la glace, en particulier les plateformes qui s'amincissent et deviennent par là-même plus fragiles.

Figure 22. Carte des régions antarctiques perdant de la glace publiée en 2008

Carte des régions antarctiques perdant de la glace publiée en 2008

jaune = perte faible ; violet = perte rapide ; blanc = variation inférieure aux incertitudes de mesure.

Les régions qui perdent le plus de glace correspondent aux plateformes, qui s'amincissent, et qui sont donc potentiellement plus fragiles.


Pour le Groenland, la NASA a donné des résultats plus quantitatifs le 19 février 2010. La perte est légèrement plus grande qu'en Antarctique : 1400 km3 pendant les mêmes 7 années, mais pour un volume total de la calotte 10 fois plus faible. L'importance relative de la perte de masse y est donc 14 fois plus forte. La NASA présente aussi les résultats sous forme d'une carte donnant les pertes (ou gains) annuels moyennés sur la période 2003-2008. La région centrale Nord voit la masse de glace augmenter (+ 25 cm/an si on converti cette augmentation de masse en variation de hauteur). C'est sans doute dû à une augmentation des chutes de neige non compensées par une augmentation de la fonte et/ou du fluage. Sur la majorité de la surface, il y a une diminution de l'épaisseur de la glace (-25 cm/an), due à une augmentation du fluage et à une augmentation de la fonte estivale (contrairement à l'Antarctique, la température dépasse 0°C pendant l'été sur une bonne portion du Groenland). La perte sur cette majorité de la surface l'emporte largement sur les gains (-200 km3/an).

Figure 23. Variation de la quantité de glace groenlandaise sur la période 2003-2008

Variation de la quantité de glace groenlandaise sur la période 2003-2008

Variation exprimée en cm de glace / an.

Les pertes sur les régions Sud et périphériques l'emportent largement sur les gains des régions centrales Nord (-200 km3/an en bilan global). On peut remarquer que les glaciers islandais perdent aussi de la masse.


Comment un réchauffement climatique pourrait-il entraîner une augmentation du fluage des calottes glaciaires vers la mer ? Le problème est loin d'être simple, et c'est l'une des grandes incertitudes pour estimer l'augmentation du niveau des mers d'ici la fin du siècle. Trois causes d'augmentation du fluage peuvent être proposées.

  • L'augmentation de la température diminue la viscosité de la glace (la loi d'Arrhénius décrit la variation de viscosité des fluides en fonction de la température : η=A exp[E/RT]). Le réchauffement climatique va donc "accélérer" le fluage des glaciers. Cette première cause affecterait l'Antarctique et le Groenland.
  • La présence d'une plateforme de glace au débouché du glacier en mer ralentit l'écoulement de la partie amont du glacier. La fragilisation et la rupture de ces plateformes due au réchauffement climatique favoriseraient donc le fluage des glaciers sur le continent. Cette deuxième cause affecterait surtout l'Antarctique largement ceinturé de plateformes de glace.
  • Le réchauffement climatique peut entraîner une fonte superficielle du glacier. L'eau de fonte pénètre dans des crevasses (appelées moulins, cf. figures 12 à 15 de l'article sur la calotte glaciaire du Groenland) et arrive à la base des glaciers. La présence d'eau liquide à la base du glacier faciliterait son glissement sur le substratum rocheux et accélérerait sa descente vers la mer. Cette troisième cause concernerait surtout le Groenland.