Comprendre les glaciers et les glaces

Les glaciers et les calottes glaciaires continentales de notre planète, qui sont des éléments dynamiques qui servent de principal contrôle du niveau de la mer et de la régulation climatique.Ces immenses réservoirs de glace stockent environ 70 % des eaux douces du monde.Dans le contexte du changement climatique moderne, leur comportement est passé de cycles naturels d'avance et de recul à un schéma de perte de masse soutenue et accélérée. La distinction entre un glacier et une calotte glaciaire est fondamentale : les glaciers sont des masses de glace en circulation confinées par topographie, tandis que les calottes glaciaires sont des dômes à l'échelle continentale qui enterrent le paysage sous-jacent.

La physique qui gouverne ces systèmes est bien établie. L'accumulation se produit par la chute de neige, tandis que l'ablation se produit par la fonte, le vêlage et la sublimation. Lorsque l'accumulation dépasse l'ablation, le glacier ou la calotte glaciaire gagne en masse.Depuis des décennies, les scientifiques mesurent le bilan de masse de ces systèmes – la différence nette entre le gain et la perte.

Grands glaciers : une étude mondiale de la retraite

Bien que beaucoup plus petits que les glaciers du Groenland et de l'Antarctique, les glaciers de montagne sont les indicateurs les plus visibles des changements climatiques. Ils se trouvent sur tous les continents sauf l'Australie, et ils fournissent de l'eau douce à des centaines de millions de personnes. Leur retraite est presque universelle, à quelques exceptions près.

Glaciers de Jakobshavn et glaciers de la sortie du Groenland

Le glacier Jakobshavn, situé dans l'ouest du Groenland, est l'un des glaciers les plus rapides et dynamiques de la Terre. Il draine environ 7% de la banquise du Groenland et fait l'objet d'une étude intense depuis des décennies. Au cours des 20 dernières années, Jakobshavn s'est accéléré et a été éclairci de façon spectaculaire, doublant sa vitesse de décharge de glace à plus de 10 kilomètres par an. Cette accélération est entraînée par l'afflux d'eau chaude de l'océan qui sape la langue flottante du glacier, réduisant la force de renforcement qui ralentit son écoulement dans la mer. Il est intéressant de constater qu'un refroidissement temporaire des eaux de l'océan en 2016 a entraîné un bref ralentissement et une réintroduction, démontrant la sensibilité des glaciers des eaux de marée à la variabilité océanographique même à court terme.

Le glacier Lambert : le convoyeur de l'Antarctique oriental

Contrairement aux glaciers de sortie à écoulement rapide de l'Antarctique occidental, Lambert est resté relativement stable. Sa taille massive et les conditions froides et élevées de sa zone d'accumulation constituent un tampon contre les changements rapides. Cependant, des études satellites récentes suggèrent que même les secteurs les plus stables de l'Antarctique oriental commencent à réagir au réchauffement des températures de l'océan. Le système de glaciers Lambert se jette dans le plateau glaciaire Amery et les changements de la circulation de l'océan sous ce plateau pourraient éventuellement entraîner un retrait de la ligne de mise à la terre.

L'anomalie stable: le glacier Perito Moreno

Le glacier Perito Moreno en Argentine est un contre-exemple notable de la tendance mondiale du recul. Situé dans le champ glaciaire de la Patagonie méridionale, il est resté dans un état de quasi-équilibre pendant une bonne partie du siècle dernier, progressant et vêchant dans un modèle cyclique. Cette stabilité est attribuée à ses caractéristiques uniques de géométrie et d'équilibre de masse. Le glacier est épais et raide, qui coule d'une zone d'accumulation de haute altitude. La forte chute de neige dans la région ravive la glace perdue par le vêlage. La stabilité de Perito Moreno fournit des indications précieuses: il montre que les conditions climatiques locales, la géométrie du glacier et la dynamique du vêlage peuvent créer une stabilité temporaire ou à long terme même dans un climat de réchauffement.

Troisième pôle : Glaciers de l'Hindu Kush Himalaya

Au-delà des noms familiers des régions polaires, les glaciers de l'Hindou Kush Himalaya sont sans doute les plus en conséquence pour les populations humaines.Cette région, souvent appelée troisième pôle, contient le plus grand volume de glace en dehors de l'Arctique et de l'Antarctique. Ces glaciers alimentent les principaux systèmes fluviaux – l'Indus, le Gange, le Brahmaputra, le Yangtze et le Mékong – qui alimentent plus de 1,5 milliard de personnes. Le rapport spécial de l'IPCC sur l'océan et la cryosphère a documenté que ces glaciers se sont repliés à un rythme accéléré depuis le début des années 2000. Si le réchauffement actuel se poursuit, jusqu'à deux tiers des glaciers de la région pourraient disparaître d'ici la fin du siècle.

La banquise du Groenland : un système en transformation

La banquise du Groenland est une masse gelée presque trois fois plus grande que celle du Texas, qui contient suffisamment de glace pour élever le niveau de la mer mondiale d'environ 7,4 mètres. Elle perd de sa masse à un rythme accéléré, actuellement environ 270 milliards de tonnes par an. Cette perte est entraînée par deux mécanismes primaires : la fonte et le ruissellement de surface et le déversement de glace dans l'océan. Ces dernières années, la fonte de surface a représenté une proportion croissante de la perte totale de masse.

La décharge dynamique de glace dans les glaciers de sortie est le deuxième moteur majeur de la perte de masse. Comme les eaux de l'océan sont chaudes, elles fondent les langues de glace flottantes qui retiennent la glace intérieure. Cela réduit la résistance arrière, permettant aux glaciers comme Jakobshavn, Helheim et Kangerlussuaq d'accélérer et de mincer, puisant la glace de l'intérieur. Les conséquences de la fonte du Groenland s'étendent au-delà du niveau de la mer. L'injection d'eau froide et fraîche de fonte dans l'Atlantique Nord peut affaiblir la circulation méridiene de l'Atlantique (AMOC), un important système de courant océanique qui transporte l'eau chaude vers le nord et influence les modèles climatiques mondiaux.

La banquise de l'Antarctique : le géant endormi

La banquise de l'Antarctique est de loin la plus importante source potentielle de l'élévation future du niveau de la mer. Elle contient suffisamment de glace pour élever le niveau de la mer mondiale d'environ 58 mètres. La banquise est divisée en trois secteurs distincts : la banquise de l'Antarctique oriental (EAIS), qui est froide et relativement stable; la banquise de l'Antarctique occidental (WAIS), qui est une banquise marine reposant sur le substrat sous le niveau de la mer; et la péninsule de l'Antarctique, qui se réchauffe rapidement.

Instabilité des glaces de l'Antarctique occidental et de la marine

La nappe glaciaire de l'Antarctique occidental est échue sur un substrat rocheux qui est sous le niveau de la mer et qui descend vers l'intérieur. Cette géométrie la rend intrinsèquement instable. L'eau chaude de l'océan circule sous les plates-formes de glace flottantes qui bordent la nappe glaciaire, elle les fond de dessous. Lorsqu'une plate-forme de glace s'amincit et s'affaiblit, elle perd sa capacité de retenir la glace échouée derrière elle. La ligne de terre – le point où la nappe glaciaire rencontre l'océan – se retire à l'intérieur.

Glacier de Thwaites et potentiel d'effondrement rapide

Les recherches récentes ont révélé que le glacier se retire non seulement le long de sa ligne de terre mais aussi en raison de l'eau chaude qui pénètre profondément dans son intérieur. Le glacier perd actuellement de sa masse à un rythme accéléré, contribuant à environ 4 % de l'élévation du niveau de la mer mondiale.Une étude de modélisation récente publiée dans Nature Geoscience suggère qu'un processus connu sous le nom d'Instabilité des falaises de glace marine (MICI) pourrait entraîner une retraite très rapide une fois la plate-forme de glace perdue. Les falaises de glace exposées au front d'un glacier peuvent s'effondrer sous leur propre poids s'ils dépassent environ 90 mètres de hauteur, exposant ainsi les falaises plus hautes derrière elles et provoquant une réaction d'effondrement en chaîne. Ce mécanisme n'est pas encore complètement limité par les observations, mais si elle fonctionne, elle pourrait augmenter les projections d'élévation du niveau de la mer pour le siècle, bien plus que les estimations actuelles du GIEC.

L'Antarctique oriental : une préoccupation croissante

Bien qu'elle demeure bien plus stable que l'Antarctique occidental, les observations récentes ont permis de déceler des signes de vulnérabilité. Le glacier Totten, qui draine un bassin massif équivalent à plusieurs mètres de haut du niveau de la mer, est en train de fondre d'en bas par une eau chaude qui atteint sa ligne de terre. Si le glacier Totten devait se replier de façon significative, il aurait pour effet de réduire le bassin subglaciaire Aurora tout entier. La stabilité de l'Antarctique oriental dépend de la santé des plateaux de glace qui le bordent, en particulier le plateau de glace Ross et le plateau de glace Filchner-Ronne.

Les impacts mondiaux d'une cryosphère en fusion

La perte de glace des glaciers et des calottes glaciaires n'est pas un problème polaire éloigné, mais a des conséquences directes et en cascade pour toute la planète.

L'élévation du niveau de la mer et la vulnérabilité côtière

La conséquence la plus directe de la fonte des glaciers et des calottes glaciaires est l'élévation du niveau de la mer. Le niveau moyen mondial de la mer a augmenté d'environ 21 centimètres depuis 1880, et le taux d'augmentation s'accélère. La perte de glace des glaciers et des calottes glaciaires est maintenant le principal moteur de cette augmentation, dépassant ainsi l'expansion thermique. Les projections actuelles du sixième rapport d'évaluation du GIEC estiment que, dans le scénario d'émissions les plus élevés (SSP5-8.5), le niveau moyen mondial de la mer pourrait augmenter d'un mètre par 2100. Toutefois, les projections ne tiennent pas pleinement compte du potentiel d'instabilité des falaises de glace marines.

Modification de la circulation maritime

Dans l'Atlantique Nord, l'eau douce provenant de la banquise du Groenland réduit la densité de surface de l'eau de mer, inhibe la convection profonde qui conduit l'AMOC. Un affaiblissement de l'AMOC aurait de graves conséquences : refroidissement de la région de l'Atlantique Nord, changements dans les précipitations à travers les tropiques, fortes tempêtes le long de la côte Est des États-Unis et perturbation des écosystèmes marins. Dans l'océan Sud, l'eau de fonte de l'Antarctique rafraîchit les eaux de surface autour du continent, ce qui pourrait modifier la formation de l'Antarctique, une masse d'eau profonde qui stocke la chaleur et le carbone et stimule la circulation mondiale des océans.

Perturbation écologique

Dans l'Arctique, la perte de glace marine a des répercussions directes sur les ours polaires, qui dépendent de la glace de mer pour chasser les phoques. La saison sans glace s'allonge, réduisant la fenêtre de chasse des ours et les forçant à dépenser plus d'énergie à jeun sur terre. Les phoques à anneaux, qui construisent des grottes de neige sur la glace pour donner naissance, subissent un effondrement de tanières en raison de la fonte printanière et des phénomènes de pluie sur la neige. En Antarctique, les manchots empereurs comptent sur une glace de mer stable pour se reproduire. Les effondrements de colonies ont été documentés lorsque la glace de mer se brise avant que les poussins aient pris leur plein. Krill, les principales espèces de pierre de l'océan Sud, dépendent de la glace de mer d'hiver comme habitat pour se nourrir et se reproduire.

Disponibilité des ressources en eau douce

Les glaciers agissent comme des tours d'eau naturelles, stockant les précipitations hivernales comme de la glace et les libérant comme de l'eau de fonte pendant les mois chauds et secs de l'été. Pour les régions comme les Andes, l'Asie centrale et l'Himalaya, ce rejet saisonnier est essentiel pour l'agriculture, l'eau potable et l'hydroélectricité. Comme les glaciers s'éclaircissent et se retirent, ils produisent d'abord plus d'eau de fonte, phénomène appelé «eau de pointe». Une fois ce pic franchi, le débit d'eau de fonte diminue. De nombreuses régions ont déjà dépassé ce pic. La perte d'eau de fonte glaciaire coïncide avec la saison sèche dans ces régions, créant un déficit critique en eau quand il est le plus nécessaire.

Surveillance de la cryosphère: outils du commerce

Les missions satellite ont révolutionné le terrain. Les missions GRACE et GRACE-FO mesurent les changements dans le champ de gravité de la Terre, permettant aux scientifiques de peser les plaques de glace et de suivre la perte de masse avec une précision incroyable. Les missions ICESat et ICESat-2 utilisent l'altimétrie laser pour mesurer les changements dans la hauteur de la surface de glace, permettant des estimations précises de l'éclaircie. La mission CryoSat-2 de l'Agence spatiale européenne utilise l'altimétrie radar pour cartographier l'altitude des plaques de glace et l'épaisseur de la glace de mer. Ces missions satellites sont complétées par des relevés aéroportés (comme l'opération IceBridge de la NASA) et des campagnes de terrain au sol.

L'avenir de la glace sur une planète qui réchauffe

Dans un scénario à forte émission de gaz à effet de serre, la contribution de la perte de glace à l'élévation du niveau de la mer sera considérable, pouvant dépasser 2 mètres d'ici 2150. Dans un scénario à faible émission aligné sur les objectifs de l'Accord de Paris, la perte de glace pourrait être significativement ralentie, préservant ainsi à long terme la nappe glaciaire du Groenland et une grande partie de la nappe glaciaire de l'Antarctique occidental. La différence entre ces deux futurs est considérable. Les choix faits au cours de la prochaine décennie fixeront l'objectif de températures que les nappes glaciaires connaîtront pendant des millénaires. La preuve est sans équivoque : la cryosphère évolue rapidement et les conséquences sont mondiales.