Introduction aux reliefs glaciaires

Les glaciers sont parmi les agents géologiques les plus puissants de la Terre, sculptant les paysages par des mouvements persistants et des changements de phase entre la glace et l'eau. Au fur et à mesure que les glaciers avancent, reculent ou demeurent stationnaires, ils laissent derrière eux une série de formes de terre distinctives qui fournissent des preuves essentielles pour reconstruire les climats passés et prévoir les changements environnementaux futurs.

Cet article examine trois formes fondamentales de terrain glaciaire : les crevasses, les moraines et les icebergs. Chacune représente une échelle et un aspect différents des processus glaciaires, mais ensemble, elles font partie d'un système intégré qui relie les régions de haute altitude et de haute latitude au climat mondial, à l'élévation du niveau de la mer et à la fonction des écosystèmes.

La Formation et la Dynamique des Crévases

Comment les crevasses se développent

Les crevasses sont des fractures profondes en forme de coin qui s'ouvrent dans la couche supérieure fragile d'un glacier, connue sous le nom de zone élastique. En dessous de 30 à 50 mètres, l'immense pression provoque la glace à se comporter plastiquement plutôt que de fracturation, ce qui limite la profondeur maximale de la plupart des crevasses. Ces fissures se forment lorsque contrainte de traction[ dépasse la résistance à la traction de la glace, condition qui découle de plusieurs mécanismes : changements de topographie du substrat rocheux, variations de vitesse d'écoulement à travers le glacier, ou accélération de la glace au fur et à mesure qu'elle se déplace vers des gradients plus abrupts.

Lorsque le glacier coule sur un bouton convexe de roche-roche, la glace doit s'étendre pour tenir compte du changement de pente, produisant des crevasses transversales qui sont perpendiculaires à la direction de l'écoulement. Inversement, lorsque la glace s'étend latéralement dans une vallée élargie, les crevasses longitudinales s'alignent parallèlement à l'écoulement. Les crevasses marginales se forment près des murs de la vallée où la contrainte de cisaillement est la plus élevée, courbée en amont à des angles de 45 degrés ou plus par rapport à la marge de glace.

Types de crevasses et leurs caractéristiques

Les glaciologues classent les crevasses selon leur orientation et leur origine, car chaque type fournit des informations spécifiques sur les conditions de stress local. Les crevasses transversales sont les plus courantes et sont généralement concaves en haut-glacier, indiquant des zones d'écoulement étendu. Les crevasses longitudinales[ se forment dans des régions de propagation latérale, souvent près du terminus du glacier ou où la glace sort d'une vallée étroite dans un bassin plus large. Les crevasses marginales sont concentrées dans des dizaines à des centaines de mètres des murs de la vallée et sont particulièrement prononcées dans les glaciers de sortie en déplacement rapide.

Un type particulièrement dangereux est le pont à neige, qui n'est pas une crevasse elle-même mais une couche de neige enneigée qui peut traverser une ouverture de crevasse. Ces ponts peuvent sembler solides d'en haut mais peuvent s'effondrer sous le poids d'une personne ou d'un véhicule.

Risques et considérations de sécurité

Les crevasses représentent l'un des risques les plus graves pour quiconque voyage sur les surfaces des glaciers. Une crevasse peut être de dizaines de mètres de profondeur et de quelques mètres de large, ce qui la rend presque invisible à distance, surtout dans des conditions d'éclairage à faible contraste. Les équipes d'alpinisme se câlinent généralement et utilisent des équipements spécialisés tels que des vis à glace, des piquets et des amonteurs mécaniques pour le sauvetage de la crevasse.

Au cours des dernières décennies, l'accélération de l'écoulement de glace au Groenland et en Antarctique a entraîné une formation accrue de crevasses près des marges des principaux glaciers de sortie. Ces fractures peuvent se propager à l'intérieur des terres, déstabilisant potentiellement de larges sections de la nappe glaciaire et accélérant la livraison de glace à l'océan.

Importance scientifique des crevasses

Au-delà de leurs dangers pratiques, les crevasses servent de laboratoires naturels pour étudier la rhéologie des glaces et la mécanique des fractures. La profondeur, l'espacement et l'orientation des champs de crevasse permettent de mesurer directement les vitesses de déformation agissant sur un glacier.

Pendant l'été, les eaux de surface peuvent s'écouler dans des crevasses, descendant vers le lit du glacier où elles lubrifient l'interface glace-roche et accélèrent temporairement l'écoulement de la glace. Ce processus a été observé à travers le Groenland, où les événements de drainage des lacs par hydrofracture des crevasses ont entraîné des accélérations transitoires de 50 pour cent ou plus. Ces accélérations épisodiques modulent la perte de masse globale de la nappe glaciaire et doivent être intégrées dans les modèles de contribution future au niveau de la mer.

Pour de plus amples informations sur la détection et la surveillance des crevasses, le National Snow and Ice Data Center[ fournit des ressources complètes sur les crevasses des glaciers et leur rôle dans la dynamique des glaces.

Moraines : Les registres du mouvement des glaciers

Formation et transport des sédiments

Contrairement à beaucoup d'autres dépôts sédimentaires, le matériau morain est généralement non trié et non stratifié, et sa taille varie de particules d'argile à des blocs de plusieurs mètres de diamètre. Cette caractéristique till reflète l'absence de tri pendant le transport, car la glace transporte des débris de toutes tailles dans une matrice cohésive.

Les débris qui forment des moraines proviennent de plusieurs sources. Les débris supraglaciaux tombent sur la surface du glacier à partir de murs de vallée adjacents par des chutes de roche et des avalanches. Les débris ingrats sont des matériaux qui ont été incorporés dans la colonne de glace, souvent par des processus de gel à la base ou par la fermeture de crevasses. Les débris subglaciaux sont érodés du substrat sous le glacier par le grignotage et l'abrasion.

Types de moraines et leur interprétation

Les géomorphologues glaciaires reconnaissent plusieurs types moraines distincts, chacun fournissant des informations spécifiques sur le comportement du glacier qui l'a créé.

Les moraines latérales se forment le long des flancs d'un glacier de vallée, construit à partir de débris qui tombent sur la glace des pentes adjacentes et de l'érosion des murs de la vallée. Ces moraines apparaissent comme de longues crêtes linéaires qui longent la marge du glacier.

Les moraines médianes sont des bandes linéaires de débris qui descendent le centre d'un glacier, formé où se fusionnent deux glaciers tributaires et leurs moraines latérales adjacentes. Le nombre et la persistance des moraines médianes peuvent révéler la structure interne et l'historique de l'écoulement d'un système de glacier.

Les moraines terminales sont des crêtes de till qui marquent l'étendue maximale d'une progression du glacier. Ces caractéristiques sont généralement arcuatées en vue du plan, courbées vers l'extérieur dans le sens de l'écoulement de la glace. Une moraine terminale bien conservée fournit un relevé clair du point le plus éloigné atteint par le glacier lors d'un événement climatique spécifique, comme l'âge de la petite glace ou un maximum glaciaire du pléistocène. Les moraines résiduelles sont semblables, mais se forment pendant des peuplements temporaires ou des réarrangements mineures pendant une phase globale de retrait du glacier, enregistrant la fluctuation de la marge de glace.

La moraine ronde fait référence à une feuille de till plus étendue, légèrement ondulée, déposée sous un glacier ou libérée de la glace au fur et à mesure qu'elle stagne. Contrairement aux crêtes aiguës des moraines latérales ou terminales, la moraine terrestre crée un paysage lissé qui peut couvrir de vastes zones, comme les plaines agricoles du Midwest américain et du nord de l'Europe.

Moraines comme Archives Climatiques

Les moraines sont parmi les plus précieuses mentions terrestres du changement climatique passé. En datant des crêtes moraines à l'aide de techniques telles que datation d'exposition au nuclidecosmogène[ (mesure du béryllium-10 ou de l'aluminium-26 dans les roches de surface) ou lichénométrie, les scientifiques peuvent reconstruire le moment et l'étendue des avancées glaciaires passées.

Dans de nombreuses chaînes de montagnes, les séquences de moraines enregistrent de multiples avancées glaciaires pendant l'époque du Pléistocène, souvent en corrélation avec les stades d'isotopes d'oxygène marins. Plus récemment, les moraines déposées pendant l'âge de la Petite Glace (environ 1300 à 1850) sont visibles devant la plupart des glaciers alpins à l'échelle mondiale, ce qui offre un record de grande résolution de variabilité climatique préindustrielle.

La Commission géologique des États-Unis tient à jour une cartographie détaillée et une description des systèmes moraines dans les parcs nationaux et les régions glaciées, offrant des renseignements accessibles aux personnes intéressées par les études glacier et moraine.

Risques de moraine et conséquences techniques

Les moraines terminales et latérales peuvent démanteler l'eau, créant des lacs glaciaires qui sont enfouis derrière des sédiments instables, encornés de glace ou mal consolidés. Lorsque ces barrages moraines échouent, ils peuvent libérer des inondations catastrophiques de lacs glaciaires qui dévastent les vallées aval. Ce danger est particulièrement aigu dans l'Himalaya, les Andes et les Alpes à mesure que les glaciers se retirent et que les lacs s'étendent.

Les routes, les ponts et les bâtiments construits sur le terrain morain doivent tenir compte de la nature mal triée, souvent compressible du till. Dans certains cas, les sédiments morain fournissent des ressources agrégées précieuses pour la construction, mais la taille variable du grain et le manque de stratification nécessitent un traitement soigneux pour produire des matériaux cohérents.

Icebergs : La glace en mouvement dans l'océan

Calving et la transition de la banquise à l'iceberg

Les icebergs sont de grandes masses de glace d'eau douce qui se sont brisées (calquées) de la face terminale d'un glacier ou d'une plate-forme de glace. Le processus de mise bas est un mécanisme primaire par lequel les nappes de glace au Groenland et en Antarctique perdent leur masse, ce qui représente environ la moitié du débit total de glace de ces régions.

La taille d'un iceberg dépend de l'épaisseur du glacier ou de la plate-forme de glace parent et des dimensions du front de vêlage. Les grands icebergs tabulaires de l'Antarctique peuvent dépasser 500 kilomètres de longueur, comparable à la taille des petits pays.

Classement et morphologie

La patrouille internationale des glaces et l'Organisation météorologique mondiale classent les icebergs principalement par leur taille. Les icebergs sont à moins de 5 mètres de large et s'étendent à moins de 1 mètre au-dessus de la surface de la mer, ce qui les rend difficiles à détecter par radar. Les bits de bergy[ vont de 5 à 15 mètres de large. Les petits icebergs[ sont de 15 à 60 mètres de large, medium de 60 à 120 mètres, grands de 120 à 200 mètres, et très grands icebergs dépassent 200 mètres de large.

La forme fournit également un critère de classification important. Les icebergs tabulaires ont des sommets plats et des côtés verticaux escarpés, caractéristiques de la glace qui a vêlé des tablettes de glace. Les icebergs non tabulaires comprennent des formes dômes, inclinées, pinnaclées et bloquantes, qui sont plus typiques du vêlage des glaciers de marée. La répartition des formes dans une région donnée peut indiquer la source dominante de vêlage et les conditions océanographiques affectant l'iceberg après le vêlage.

Propriétés physiques et rôle océanographique

La propriété la plus connue des icebergs est que seulement 10 à 15 % de leur masse est visible au-dessus de la ligne de flottaison, conséquence du contraste de densité entre la glace (environ 917 kg/m3) et l'eau de mer (environ 1025 kg/m3), ce qui signifie que les icebergs s'étendent profondément dans la colonne d'eau, enfoncent souvent le fond marin dans des zones peu profondes et perturbent les écosystèmes benthiques.

Les icebergs jouent un rôle important dans la circulation océanique et la biogéochimie. En dérive et en fusion, ils libèrent de l'eau froide et douce dans l'océan environnant, modifiant la structure de densité locale et influençant le mélange vertical. Dans l'océan Austral, les icebergs de fonte de l'Antarctique contribuent à la formation d'eau de fond de l'Antarctique, une masse d'eau dense qui stimule la circulation thermohaline mondiale.

La surveillance de la distribution et de la dérive des icebergs est essentielle à la sécurité maritime, en particulier dans l'Atlantique Nord, où les icebergs qui se jettent de la côte ouest du Groenland sont transportés vers le sud par le courant du Labrador vers les voies de navigation transatlantiques. La patrouille internationale des glaces a été établie en 1914 après le naufrage du Titanic du SMR et a depuis émis des avertissements de danger pour les marins en utilisant une combinaison de données de reconnaissance d'aéronefs, de radars satellites et de bouées de dérive.

Les icebergs dans un climat chaud

Dans les deux régions polaires, le réchauffement de la température de l'air et de l'océan a accéléré le débit et l'éclaircissement des glaciers de sortie, ce qui a entraîné une augmentation des fréquences de mise bas et la production d'icebergs plus nombreux et plus petits. Au Groenland, le retrait des terminis des glaciers de marée vers des fjords plus profonds a augmenté les taux de mise bas, contribuant ainsi à la perte de masse de la banquise qui a doublé au cours des deux dernières décennies.

En Antarctique, l'effondrement des sections de plate-forme de glace et no 8212, comme le plateau de glace Larsen B en 2002, et le vêlage plus récent des mégaicebergs des étagères de glace Brunt et Amery et no 8212, a soulevé des préoccupations quant à la stabilité à long terme de la nappe glaciaire de l'Antarctique occidental. La perte de plate-forme de glace de renforcement permet aux glaciers de l'intérieur d'accélérer leur écoulement vers l'océan, un processus qui pourrait contribuer à l'élévation du niveau de la mer à plusieurs mètres au cours des siècles à venir.

Cependant, les icebergs eux-mêmes ne contribuent pas directement à l'élévation du niveau de la mer lorsqu'ils vêlent, parce qu'ils flottent déjà. La contribution du niveau de la mer provient de l'augmentation du rejet de glace de la partie échouée de la nappe glaciaire qui se déverse dans l'océan pour remplacer la masse perdue d'iceberg.

Interconnexions entre les formes de terre glaciaires

Les crevasses, les moraines et les icebergs ne sont pas des phénomènes isolés mais sont liés par les processus de l'écoulement de glace, de la fracture, du transport des débris et de la perte de masse. Les crevasses fournissent les fractures qui permettent aux débris d'entrer dans le système englaciaire, qui émerge plus tard comme matériau moraine à la surface ou à la marge de la glace.

Ces liaisons signifient que les changements d'un composant se propagent à travers le système. Par exemple, une augmentation de la fonte de surface induite par le réchauffement peut remplir les crevasses d'eau, entraînant une hydrofracture qui approfondit et propage les crevasses, ce qui améliore à la fois le transport des débris moraines et la susceptibilité au vêlage.

Le Programme de glaciologie arctique de la Fondation nationale des sciences soutient la recherche qui intègre ces processus de forme terrestre pour construire des modèles complets d'évolution des glaciers et des nappes glaciaires.

Conclusion : Les reliefs glaciaires comme indicateurs des changements environnementaux

L'étude des crevasses, des moraines et des icebergs offre une fenêtre sur le comportement dynamique des glaciers et des calottes glaciaires à travers les échelles de temps de jours à millénaires. Les crevasses révèlent l'état de stress instantané de la glace qui coule et modulent les voies hydrologiques qui contrôlent la vitesse des glaces. Les moraines conservent un registre géomorphique de l'étendue des glaciers et de l'histoire climatique qui peut être lu longtemps après la disparition de la glace.

Alors que la planète se réchauffe et que les glaciers se retirent, les caractéristiques décrites dans cet article changent rapidement. De nouveaux champs de crevasse s'ouvrent dans des glaces auparavant stables, les moraines sont envahies par des lacs en progression, et les taux de mise bas s'accélèrent au Groenland et en Antarctique.

Pour les professionnels et les étudiants qui cherchent à approfondir leur compréhension des systèmes glaciaires, les ressources d'organismes comme la Société internationale de glaciologie offrent des recherches, des guides de terrain et du matériel pédagogique évalués par les pairs qui couvrent ces formes de terrain de façon plus détaillée.