Contrairement à de nombreuses couches de glace qui reposent sur le substratum continental au-dessus du niveau de la mer, le WAIS est principalement échoué au-dessous du niveau de la mer, avec ses parties les plus profondes, assises dans des dépressions qui atteignent des profondeurs de plus de 1 500 mètres. Cette configuration unique fait du WAIS l'une des masses de glace les plus dynamiques et les plus sensibles de la Terre, répondant rapidement aux changements de température, de courants et de circulation atmosphérique de l'océan. Son comportement a des implications directes pour le niveau de la mer mondiale, car toute perte importante de glace de cette région pourrait contribuer à l'élévation du niveau de la mer au cours des siècles à venir.

Aperçu de la feuille de glace de l'Antarctique occidental

La banquise ouest de l'Antarctique couvre une superficie d'environ 2,2 millions de kilomètres carrés et contient suffisamment de glace pour élever le niveau de la mer mondiale d'environ 3,3 mètres si elle devait fondre complètement. Elle est classée comme une banquise marine parce que le substrat sous-jacent se trouve sous le niveau de la mer, et la glace est en contact direct avec l'eau de l'océan à ses marges. Ce caractère marin donne au WAIS une vulnérabilité fondamentale : les courants océaniques chauds peuvent atteindre profondément la calorifugerie, la fondre d'en bas et déstabiliser tout le système. Le WAIS est également distinct de la banquise est de l'Antarctique, qui est plus grande, plus épaisse et repose sur un plateau continental plus haut.

Topographie et caractéristiques subglaciaires du substrat rocheux

Sous le WAIS se trouve un paysage complexe de montagnes, de vallées et de bassins qui influencent profondément le flux de glace et la stabilité. La topographie du substrat rocheux n'est pas plate; elle comporte plutôt des creux profonds, dont certains ont été sculptés par l'érosion glaciaire antique, et des sommets de montagne isolés (nunataks) qui se protubérent à travers la glace. L'élément topographique le plus frappant est le West Antarctic Rift System, une région de croûte continentale éclaircie contenant de nombreux bassins subglaciaux comme le Trench subglaciaire Bentley, qui plonge à plus de 2 500 mètres au-dessous du niveau de la mer.

Les lacs subglaciaires sont également abondants sous le WAIS, avec des centaines de plans d'eau identifiés piégés sous la glace. Ces lacs se connectent à travers un réseau de rivières subglaciaires et peuvent s'écouler périodiquement, provoquant un soulèvement ou une subsidence de la surface de la glace et affectant la vitesse du flux de glace. Notamment, le ruisseau de glace de Whillans survole un système hydrologique subglaciaire dynamique où des mouvements d'eau à grande échelle ont été observés.

Glaciers majeurs et cours d'eau

La glace qui s'écoule du SIAW est concentrée le long de plusieurs glaciers et cours d'eau qui se déplacent rapidement, et ce sont des chenaux de glace qui se déplacent beaucoup plus rapidement que la nappe glaciaire environnante, souvent à des vitesses supérieures à des centaines de mètres par année. Les glaciers de Pine Island (PIG) et de Thwaites, tous deux situés dans le secteur de la mer d'Amundsen, sont les plus célèbres et les plus étudiés.

  • Le glacier de Pine Island est l'un des glaciers les plus rapides de l'Antarctique, se déplaçant à des vitesses de plus de 4 kilomètres par an près de sa ligne de mise à la terre. Il a connu un recul et un éclaircissement importants de la ligne de mise à la terre depuis les années 1990, entraînés par des incursions d'eaux profondes circumpolaires chaudes (CDW) qui fondent la plate-forme de glace flottante du glacier d'en bas.
  • Le glacier Thwaites, souvent appelé le « glacier doomsday » en raison de son potentiel de déclencher un effondrement de l'ensemble du WAIS, est encore plus grand et plus vulnérable. Sa ligne de terre se retire à l'intérieur d'un lit en pente inverse, ce qui signifie que le substrat rocheux descend en descendant à l'intérieur de l'intérieur, ce qui peut conduire à un processus connu sous le nom d'instabilité de la nappe glaciaire marine (MSI).
  • D'autres cours d'eau glaciaires importants sont Whillans Ice Stream, Kamb Ice Stream[ (qui a stagné), et MacAyeal Ice Stream[. Ces cours d'eau de glace se déversent dans la plate-forme de glace de Ross et présentent des comportements complexes liés à l'hydrologie sous-glaciaire et aux sédiments.

La dynamique de ces glaciers est régie par une combinaison de glissement basal, de déformation interne et de renforcement fourni par les tablettes de glace. Lorsque les plateaux de glace mincent ou se brisent, le flux de ces glaciers s'accélère, ce qui entraîne une plus grande décharge de glace dans l'océan.

La ligne de terre et la stabilité des plaques de glace

La ligne de mise à la terre est la limite où la nappe glaciaire passe de la mise à la terre sur le substrat rocheux à la flottation comme plate-forme de glace, une zone critique qui contrôle la vitesse à laquelle la glace intérieure peut s'écouler dans l'océan. La ligne de mise à la terre n'est pas stationnaire; elle peut migrer vers l'avant (avance) ou vers l'arrière (rétrogradation) en fonction des changements d'épaisseur de la glace, de la fonte de l'océan et du rebond isostatique.

Lorsque la ligne de mise à la terre se replie dans un bassin plus profond (lit en pente inverse), l'épaisseur de la glace à la ligne de mise à la terre augmente, ce qui fait que la ligne de mise à la terre recule encore davantage, ce qui est une rétroaction positive connue sous le nom d'instabilité des plaques de glace marines (MSI). Ce processus peut entraîner un effondrement autonome de la partie marine de la plaque de glace.

Étagères de glace : Ross, Ronne-Filchner et autres

Les plates-formes de glace flottantes qui bordent le WAIS jouent un rôle vital dans la régulation de l'écoulement de glace. Le plateau de glace Ross est le plus grand corps de glace flottant sur Terre, couvrant une superficie d'environ 487 000 kilomètres carrés, tandis que le plateau de glace Ronne-Filchner est également massif. Ces plates-formes agissent comme freins, ou contreforts, sur le flux de glace échouée en mer.

Des études récentes ont montré que la fonte basale de ces plateaux glaciaires s'accélère en raison de courants océaniques plus chauds. Le plateau glaciaire de Ross a connu des taux de fonte basiques accrus dans certaines régions, bien qu'il demeure relativement stable par rapport aux plateaux glaciaires de la mer d'Amundsen, comme le plateau glaciaire de Pine Island et le plateau glaciaire de Thwaites, qui se sont considérablement éclaircis. Les événements de mise bas des plateaux glaciaires (où les grands icebergs tabulaires se brisent) sont un cycle naturel, mais le taux de mise bas peut augmenter à mesure que les plateaux s'affaiblissent.

La fusion induite par l'océan et la dynamique des glaciers

La fonte causée par l'océan, en particulier le long de la côte de la mer d'Amundsen, est le principal facteur de la perte de glace dans le WAIS. L'eau de profondeur circumpolaire (CDW), une masse d'eau relativement chaude (près de 1°C), s'écoule sur le plateau continental à travers des creux profonds et atteint la base des rayons de glace flottants. Là, elle provoque une fonte rapide de la glace en bas, créant des cavités qui mincent le plateau de glace et déstabilisent la ligne de mise à la terre. Ce processus a été observé directement à l'aide de véhicules sous-marins autonomes comme le robot Icefin déployé sous le glacier Thwaites.

L'interaction entre les courants océaniques et les cavités des glaciers est complexe et varie selon les saisons. En été, l'augmentation du ruissellement des eaux de fonte de la surface de la calotte glaciaire peut également accélérer l'écoulement des glaciers en lubrifiant la base, mais l'effet dominant est de l'océan. Les modèles suggèrent que, lorsque le climat se réchauffe, l'afflux de CDF s'intensifiera, ce qui entraînera une fonte encore plus importante.Cette boucle de rétroaction positive est la principale raison pour laquelle le SAE est considéré comme la plus grande carte à jour des projections futures du niveau de la mer.

Observer et modéliser les caractéristiques physiques du système WAIS

Compte tenu de l'éloignement et des conditions difficiles de l'Antarctique, les scientifiques comptent beaucoup sur les techniques de télédétection pour étudier le système WAIS. Le radar à satellite et l'altimétrie laser (p. ex., ICESat-2, CryoSat-2) mesurent les changements dans l'élévation et l'épaisseur de la surface de glace. Le radar à ouverture synthétique interférométrique (InSAR) détecte les positions de la ligne de mise à la terre et la vitesse de la glace avec une grande précision.

Les équipes ont effectué des forages sur la plate-forme de glace pour déployer des capteurs océanographiques sous le glacier Thwaites dans le cadre de la collaboration internationale des glaciers Thwaites. Ces instruments mesurent la température de l'eau, la salinité et les courants près de la ligne de mise à la terre. Les glaciologues déploient également des stations GPS sur la surface de la glace pour suivre les changements de mouvement et d'altitude et utilisent des levés sismiques pour comprendre les propriétés du substrat rocheux et des sédiments sous-jacents. La combinaison de ces techniques d'observation se nourrit de modèles informatiques qui simulent la dynamique des plaques de glace selon divers scénarios climatiques.

Incidences sur l'élévation du niveau de la mer mondiale

Les estimations actuelles indiquent que le système contribue déjà à l'élévation du niveau de la mer à environ 0,3 millimètre par an, et que ce taux s'accélère. Si la totalité de la partie marine du système s'effondre — un processus qui pourrait prendre des siècles mais qui pourrait commencer dans les décennies —, le niveau de la mer mondiale pourrait augmenter de 3,3 mètres. Même l'effondrement partiel de glaciers clés comme les Thwaites pourrait augmenter le niveau de la mer de plus d'un demi-mètre.

La dernière période interglaciaire (il y a environ 125 000 ans) fournit un analogue géologique : le niveau de la mer était de 6 à 9 mètres plus élevé qu'aujourd'hui, et une grande partie de cette eau provenait probablement du système WAIS. Cela laisse croire que le système WAIS est capable de se retirer rapidement dans des conditions plus chaudes.

Variabilité régionale de la perte de glace

Le secteur de la mer d'Amundsen est le plus dynamique, tandis que le secteur de la plate-forme de glace Ross demeure relativement stable en raison des conditions océaniques plus froides. Dans le secteur de la mer de Weddell, la plate-forme de glace Ronne-Filchner n'a pas encore montré de éclaircissement spectaculaire, mais il y a des signes d'une fonte basale accrue le long de sa bordure est. Cette variabilité met en évidence l'importance des conditions océanographiques et topographiques locales.

Conclusion : Un besoin urgent de poursuivre la recherche

La nappe glaciaire de l'Antarctique occidental est un système de glacier marin complexe et en évolution rapide. Sa topographie sous-jacente, ses cours d'eau de glace à écoulement rapide, ses plates-formes de glace flottantes et sa dynamique de mise à la terre interagissent avec un océan qui se réchauffe pour produire une perte de glace accélérée. Les caractéristiques physiques décrites ici, depuis les bassins subglaciaux profonds jusqu'aux lignes de mise à la terre sensibles, sont les éléments fondamentaux qui contrôlent la stabilité du système WAIS. À mesure que les capacités d'observation s'améliorent et que les modèles s'améliorent, notre compréhension de ces processus s'approfondira. Cependant, la fenêtre d'action pour atténuer les impacts de l'élévation du niveau de la mer se rétrécit.