Le lien critique entre les plaques de glace et le niveau mondial de la mer

Si un tel effondrement total n'est pas imminent, même une fonte partielle a des conséquences profondes pour les communautés côtières, les écosystèmes et les économies mondiales. Comprendre comment les nappes glaciaires régulent le niveau de la mer exige d'examiner leurs propriétés physiques, les processus qui entraînent la perte de glace et les mécanismes de rétroaction qui peuvent accélérer ou ralentir ces changements. Des observations satellitaires récentes et des études sur le terrain ont révélé que les nappes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique perdent de leur masse à un rythme accéléré, contribuant directement à l'augmentation moyenne d'environ 3,5 millimètres par an observée au cours des deux dernières décennies.

Anatomie d'une nappe glacée : plus que de l'eau surgelée

Les glaciers terrestres couvrent plus de 50 000 kilomètres carrés. Ils forment plus de milliers d'années de neige, accumulent, compressent et transforment en glace. Les deux autres glaciers de la Terre sont aujourd'hui la banquise de l'Antarctique, qui contient environ 26,5 millions de kilomètres cubes de glace, et la banquise du Groenland, qui détient environ 2,9 millions de kilomètres cubes.

Les feuilles de glace ont une structure en couches. L'intérieur est froid et relativement stable, tandis que les marges sont plus dynamiques et vulnérables au changement.

  • Échelles de glace – prolongements flottants de la calotte glaciaire qui frangent une grande partie de l'Antarctique et des parties du Groenland.
  • Les glaciers sortants – des rivières de glace qui coulent rapidement et qui drainent l'intérieur, souvent se terminant dans l'océan.
  • Ligne d'arrondi – la limite où la calotte glaciaire perd le contact avec le substrat rocheux et commence à flotter. Sa position est critique pour la stabilité.
  • Hydrologie subglaciaire – l'eau de fonte à la base de la calotte glaciaire peut lubrifier le lit, accélérant le flux de glace.

L'épaisseur des calottes glaciaires varie considérablement, de plus de 4 000 mètres dans le centre de l'Antarctique à quelques centaines de mètres près des marges. Ce poids immense déprime le substrat rocheux sous-jacent, un processus connu sous le nom de dépression isostatique, qui peut affecter la géométrie de la calotte glaciaire au cours des millénaires.

Processus conduisant à la perte de glace et à l'élévation du niveau de la mer

Les nappes glaciaires perdent de leur masse grâce à trois mécanismes principaux : la fonte de surface et le ruissellement, le vêlage de l'iceberg et la fonte basale entraînée par les eaux chaudes de l'océan.

Melage et ruissellement de surface

Les températures de l'air plus chaudes augmentent la fonte de surface, en particulier au Groenland où les températures estivales dépassent souvent la congélation dans de grandes zones. Les eaux de fonte peuvent se percoler dans la neige et se regeler, ou bien s'écouler directement dans l'océan. En Antarctique, la fonte de surface est moins fréquente parce que les températures restent bien en dessous de la congélation sur la plupart du continent, mais on l'a observé sur la péninsule antarctique et de plus en plus sur la plate-forme glaciaire de Ross.

Iceberg Calving

Calving se produit lorsque de grands morceaux de glace se détachent de l'avant d'un glacier ou d'une plate-forme de glace. Ce processus est épisodique et peut produire des icebergs de la taille des villes. Par exemple, en 2017, la plate-forme de glace Larsen C en Antarctique a coulissé un iceberg d'environ la taille du Delaware (5 800 kilomètres carrés).

Melting basal sous-marin

Le mécanisme le plus alarmant est peut-être la fonte des glaces par des eaux océaniques relativement chaudes. L'eau profonde circumpolaire (EIC) dans l'Antarctique et l'eau de l'Atlantique au Groenland pousse dans les cavités des glaces, érodant la glace de dessous. Cet éclaircissement réduit l'effet de renforcement, permettant à la glace intérieure de s'écouler plus rapidement dans l'océan. Des études publiées dans Science (p. ex., Rignot et al., 2019) montrent que la fonte basale représente environ la moitié de la perte de masse de glace de l'Antarctique.

Points chauds régionaux: Groenland et Antarctique

Les deux calottes glaciaires se comportent différemment en raison de leur géographie et de leur climat. Le Groenland est plus sensible au réchauffement atmosphérique, tandis que l'Antarctique est plus sensible au réchauffement des océans.

Groenland: Dominates de surface fondus

La fonte de 2012 a été un indicateur de changement. Plus récemment, des événements de fonte extrêmes se sont produits en 2019 et en 2021. Le Groenland perd également de la glace par mise bas de ses nombreux glaciers de sortie, comme Jakobshavn Isbræ, qui est l'un des glaciers les plus rapides au monde. La perte de masse totale du Groenland entre 1992 et 2020 a été d'environ 4 850 milliards de tonnes (Gt), ce qui permet d'augmenter le niveau de la mer mondiale de près de 14 millimètres (équipe IMBIE, 2020).

Antarctique : changement d'origine océanique

L'Antarctique perd de sa masse principalement à partir de la nappe glaciaire de l'Antarctique occidental (WAIS), où les cours d'eau s'accélèrent en raison de l'éclaircie des plateaux de glace par les CDF chauds. La nappe glaciaire de l'Antarctique oriental (EAIS), beaucoup plus grande et plus froide, est relativement stable, mais des études récentes suggèrent que certains secteurs, comme le glacier Totten, connaissent également une éclaircie. La perte de masse totale de l'Antarctique entre 1992 et 2020 s'élevait à environ 2 670 Gt, ce qui a ajouté environ 7,6 mm au niveau de la mer (Shephord et al., 2018).

Boucles de rétroaction qui amplifient ou abaissent la perte de glace

Le comportement des plaques de glace est régi par des boucles de rétroaction complexes qui peuvent accélérer le changement (rétroaction positive) ou stabiliser le système (rétroaction négative).

  • Feedback de l'Albedo: Comme neige et glace fondent, des surfaces plus sombres (glace, roche ou eau libre) sont exposées, absorbant plus de rayonnement solaire et provoquant plus de fusion.
  • L'instabilité des calottes glaciaires marines (MSI): Lorsqu'un glacier se trouve sur une pente inverse (décédé à l'intérieur de l'intérieur), la retraite peut devenir autosuffisante parce que l'eau plus profonde entraîne une décharge de glace plus rapide.
  • instabilité des falaises de glace marine (MICI)[: Si les falaises de glace deviennent assez hautes (plus de 100 mètres), le stress à la falaise peut les faire s'effondrer, exposant des falaises plus hautes derrière.
  • Remontée isostatique: Comme la glace s'éclaircit, le substratum s'élève (remontée isostatique), qui peut ralentir la retraite en soulevant la ligne de mise à la terre sur une topographie plus faible.
  • Chutes de neige accrues: Une atmosphère plus chaude retient plus d'humidité, ce qui peut augmenter la chute de neige sur les intérieurs des plaques de glace. Cela pourrait compenser partiellement la perte de masse, mais les études montrent que l'accumulation accrue ne suit pas le rythme d'une augmentation des rejets.

Il est essentiel de comprendre ces réactions pour améliorer les modèles climatiques. Par exemple, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a noté que l'inclusion des processus de la MICI pourrait augmenter de 0,5 à 1 mètre les projections de hausse du niveau de la mer d'ici 2100.

Analyses climatiques passées : ce que les feuilles de glace nous disent

Pour prédire le comportement futur des plaques de glace, les scientifiques se tournent vers les périodes chaudes passées. Les données paléoclimatiques provenant des carottes de glace et des sédiments marins montrent que durant la dernière période interglaciaire (il y a environ 125 000 ans), les températures mondiales étaient de 1 à 2 °C plus chaudes que celles d'avant l'industrie et que le niveau de la mer était de 6 à 9 mètres plus élevé. Une grande partie de cette eau supplémentaire provenait probablement des nappes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique occidental.

Les observations plus récentes de satellites, comme la mission ICESat-2 de la NASA et la CryoSat-2 de l'ESA, fournissent des données à haute résolution sur les changements d'altitude des plaques de glace. La mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) et son suivi ont mesuré les changements de masse avec une précision sans précédent. Depuis 2002, les données GRACE ont montré que les deux plaques de glace perdent de leur masse à un rythme accéléré, le taux de perte du Groenland passant d'environ 100 Gt par an au début des années 2000 à plus de 250 Gt par an dans les années 2010.

Incidences sur le niveau de la mer et la société

Même de faibles changements dans le volume de la glace se traduisent par de grands changements dans le niveau moyen mondial de la mer en raison de la quantité d'eau stockée. Actuellement, les nappes glaciaires contribuent environ un tiers de l'élévation observée du niveau de la mer, avec l'expansion thermique des eaux de l'océan et des glaciers de montagne contribuant au reste.

L'élévation du niveau de la mer régionale n'est pas uniforme. L'attraction gravitationnelle des calottes glaciaires signifie que lorsqu'une calotte glaciaire fond, le niveau de la mer tombe en fait près de la source (parce que le champ de gravité change) et augmente davantage dans le champ lointain. Par exemple, la fonte du calotte glaciaire du Groenland provoque une élévation du niveau de la mer en Amérique du Sud et dans l'océan Indien qu'en Amérique du Nord.

Impacts côtiers et adaptation

Aux États-Unis, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) prévoit que le niveau de la mer le long de la côte Est pourrait augmenter de 0,6 à 2 mètres d'ici 2100 dans des scénarios d'émissions élevées. Les grandes villes comme Miami, New York et Shanghai sont confrontées à des milliards de dollars de dommages aux infrastructures. Les pays insulaires de faible altitude comme les Maldives et Tuvalu risquent de devenir inhabitables.

Une étude publiée en 2019 dans Nature Communications a estimé que sans adaptation, les pertes annuelles d'inondation pourraient atteindre 2,8 % du PIB mondial d'ici 2100 dans un scénario d'élévation du niveau de la mer.

Surveillance et modélisation : la frontière scientifique

Les satellites d'observation de la Terre assurent une surveillance continue de l'élévation, de la vitesse et des changements de gravité des plaques de glace. Des campagnes aéroportées comme l'opération IceBridge de la NASA ont permis de recueillir des données critiques sur la topographie des lits et l'épaisseur de la glace dans des régions éloignées.

Les modèles numériques qui simulent la dynamique des calottes glaciaires s'améliorent constamment, allant de modèles plus simples de débit à des modèles complets à trois dimensions, à des modèles à ordre supérieur qui résolvent le flux de glace, le transport de chaleur et l'interaction avec la circulation océanique. L'un des principaux défis est que les modèles doivent simuler des processus qui se déroulent à d'énormes échelles spatiales (de kilomètres à des milliers de kilomètres) et des échelles de temps (de jours à siècles).

Réduire l'incertitude : priorités de recherche

Les glaciers de Thwaites et de l'île Pine reculent-ils rapidement? L'instabilité des falaises de glace peut-elle se produire dans la nature ou est-elle limitée par d'autres facteurs? Comment le transport de chaleur des océans changera-t-il dans un climat de réchauffement? Pour y répondre, des chercheurs déploient des véhicules sous-marins autonomes (AUV) sous les tablettes de glace pour mesurer la température et les courants de l'eau, forer la glace jusqu'à la ligne de mise à la terre et utiliser un radar avancé pour cartographier la topographie subglaciaire.

De plus, il faut une meilleure représentation de l'hydrologie subglaciaire et de la dynamique du vêlage dans les modèles. Des techniques d'apprentissage automatique sont appliquées à l'imagerie satellitaire pour détecter automatiquement les événements de vêlage et les dommages causés par la plate-forme de glace, fournissant de nouvelles données pour la validation des modèles.

Une voie à suivre : atténuation et adaptation

Si une certaine hausse du niveau de la mer est déjà bloquée par les émissions passées, l'ampleur et le taux de l'augmentation future dépendent fortement des trajectoires d'émission. L'Accord de Paris vise à limiter le réchauffement à 1,5°C pourrait réduire la contribution du Groenland d'environ 40% par rapport à un monde de 3°C, selon une étude de l'Union européenne des géosciences de 2021.

Pour les communautés côtières, l'adaptation n'est pas facultative, ce qui signifie investir dans les infrastructures, réviser les codes de construction et intégrer les projections du niveau de la mer dans l'urbanisme. La restauration de la mangrove et les rives vivantes offrent des défenses naturelles qui soutiennent également la biodiversité.

Les calottes glaciaires ne sont pas des passants passifs dans le système climatique; elles façonnent activement l'environnement mondial. La poursuite de la recherche et de la coopération internationale seront essentielles pour comprendre leur comportement et se préparer à un avenir avec les mers supérieures.

Conclusion

Le rôle des calottes glaciaires dans la régulation du niveau de la mer est à la fois fondamental et alarmant.Ces géants gelés réagissent lentement mais fortement aux changements de température et de conditions océaniques. Alors que les activités humaines continuent de réchauffer la planète, la perte de masse des calottes glaciaires s'accélère, ce qui entraîne une élévation du niveau de la mer qui remodelera les côtes et affectera des milliards de personnes.