Les calottes glaciaires de l'Antarctique sont les plus grandes formes glaciaires de la Terre, couvrant environ 14 millions de kilomètres carrés et contenant environ 60 % de l'eau douce de la planète. Si la calotte glaciaire entière fondait, le niveau mondial de la mer augmenterait d'environ 58 mètres. Ces calottes glaciaires ne sont pas statiques; ce sont des systèmes dynamiques qui répondent aux changements de température, de courants océaniques et de conditions atmosphériques.

Aperçu des plaques de glace de l'Antarctique

Les calottes glaciaires de l'Antarctique se composent de deux éléments principaux : la calotte glaciaire de l'Antarctique oriental (EAIS) et la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental (WAIS). Ces deux calottes glaciaires sont séparées par les montagnes transantarctiques, une chaîne de montagnes qui s'étend sur le continent. L'EAIS est la plus grande des deux, couvrant environ 10 millions de kilomètres carrés et contenant environ 53 mètres d'équivalent niveau de la mer.

Ice Shelf East Antarctic

L'EAIS est une nappe glaciaire à haute altitude qui se trouve sur un craton continental, ce qui la rend relativement stable par rapport à son homologue occidental. La surface de glace s'élève à plus de 4 000 mètres au-dessus du niveau de la mer dans certaines régions, et l'épaisseur de la glace peut dépasser 4 800 mètres dans les parties les plus profondes. L'EAIS se caractérise par un flux de glace lent et un climat sec et froid. Les taux d'accumulation de neige sont faibles et la nappe glaciaire est dans un proche équilibre avec le climat actuel.

Feuille de glace de l'Antarctique occidental

Le WAIS est une nappe glaciaire marine, ce qui signifie que de grandes parties de sa ligne de mise à la terre sont sous le niveau de la mer, ce qui la rend intrinsèquement instable parce que l'eau chaude de l'océan peut sous-abattre les plateaux de glace et provoquer un retrait rapide. Le WAIS repose sur un lit qui descend vers l'intérieur, une configuration qui peut conduire à l'instabilité de la nappe glaciaire marine. Si la ligne de mise à la terre recule, elle expose la glace plus épaisse à l'océan, accélérant le rythme de retrait.

Formation et structure des plaques de glace

L'ouverture du passage du Drake et le développement du courant circumpolaire de l'Antarctique ont isolé le continent des eaux océaniques plus chaudes, permettant ainsi l'accumulation de la glace. Au cours de millions d'années, la neige s'est compacte dans les sapins puis dans la glace glaciaire, créant des couches qui enregistrent l'histoire du climat terrestre. Les glaciers sont sous-lacustres par un paysage subglacial complexe qui comprend des chaînes de montagnes, des vallées et des lacs subglaciaires.

La structure interne des calottes glaciaires se caractérise par des couches de glace qui ont des propriétés physiques différentes. Les couches supérieures sont constituées de sapins de faible densité, tandis que les couches plus profondes sont de la glace dense et claire. La glace se déforme sous son propre poids, se déversant de l'intérieur vers la côte. Les vitesses de flot de glace varient de moins de 10 mètres par année à l'intérieur à plus de 1 000 mètres par année dans les ruisseaux de glace en mouvement rapide et les glaciers de sortie.

Étagères de glace : l'extension flottante

Les plates-formes de glace sont les prolongements flottants des plaques de glace qui se produisent là où la glace coule du continent et au-dessus de l'océan. Elles jouent un rôle crucial dans la stabilisation de la plaque de glace en fournissant une résistance arrière qui freine le flux de glace intérieure. Les plus grandes plates-formes de glace en Antarctique sont la plate-forme de glace Ross et la plate-forme de glace Filchner-Ronne, qui couvrent chacune une zone plus grande que la France. Les plates-formes de glace perdent de leur masse par le vêlage et la fonte basale. Calving produit des icebergs, dont certains sont des icebergs tabulaires massifs qui peuvent persister pendant des années.

Impact mondial de la fonte des glaces

La fonte des calottes glaciaires de l'Antarctique a des conséquences considérables pour le système climatique mondial et les sociétés humaines. L'impact le plus direct est l'élévation du niveau de la mer. Les calottes glaciaires de l'Antarctique contiennent suffisamment d'eau pour élever le niveau de la mer mondiale d'environ 58 mètres. Même une petite fraction de cette perte de glace aurait des effets importants sur les communautés côtières dans le monde entier.

Au-delà de l'élévation du niveau de la mer, la fonte de la glace antarctique affecte la circulation océanique et les modèles climatiques. L'apport en eau douce provenant de la fonte de la glace peut perturber la formation de l'eau de fond de l'Antarctique, une masse dense et froide qui alimente la circulation océanique mondiale.

Niveaux de la mer en hausse

L'élévation du niveau de la mer est peut-être l'impact le plus documenté de la fonte des nappes glaciaires. À l'échelle mondiale, le niveau de la mer a augmenté d'environ 20 centimètres depuis le début du XXe siècle, et le taux d'augmentation s'accélère. La contribution de l'Antarctique à cette hausse est passée d'environ 5 pour cent dans les années 90 à plus de 20 pour cent aujourd'hui. Si les tendances actuelles se poursuivent, l'Antarctique pourrait devenir le principal facteur de l'élévation du niveau de la mer d'ici la fin du siècle.

Les communautés côtières sont déjà confrontées aux effets de l'élévation du niveau de la mer sous la forme d'inondations, d'érosions et d'intrusions dans les eaux salées. Les nations insulaires de faible altitude et les régions du delta sont particulièrement vulnérables.

Impact sur la circulation océanique

La formation de l'eau de fond de l'Antarctique se produit dans quelques régions clés de l'Antarctique, y compris la mer de Weddell et la mer de Ross. Ce processus implique le refroidissement et le naufrage des eaux de surface, qui se propagent ensuite vers le nord le long du fond de la mer. L'apport en eau douce provenant de la fonte des glaces réduit la salinité et la densité des eaux de surface, inhibant le processus de naufrage.

Facteurs influant sur la stabilité des plaques de glace

La stabilité des calottes glaciaires de l'Antarctique est influencée par un ensemble complexe de facteurs qui fonctionnent à différentes échelles de temps, notamment la température atmosphérique, la température de l'océan, le renforcement des plateaux glaciaires, l'hydrologie subglaciaire et la dynamique interne des glaces.

Chaleur atmosphérique

Bien que la fonte de surface soit plus fréquente dans la péninsule antarctique, elle peut aussi se produire dans d'autres régions côtières. L'eau de fonte peut pénétrer dans la couche de sapin et se regeler, ou s'écouler dans l'océan. Dans certains cas, l'eau de fonte peut s'écouler à travers des crevasses jusqu'à la base de la glace, où elle peut lubrifier le lit et accélérer l'écoulement de la glace. La péninsule a connu une partie du réchauffement le plus rapide de la Terre, avec des températures qui augmentent d'environ 3 degrés Celsius depuis les années 1950. Ce réchauffement a entraîné l'effondrement de plusieurs étagères de glace, dont Larsen A et Larsen B.

Réchauffement des océans

Les eaux océaniques chaudes sont un principal facteur de perte de glace de l'Antarctique occidental. L'eau de fond circumpolaire, une masse d'eau relativement chaude, s'écoule sur le plateau continental et dans les cavités sous les tablettes de glace. Cette eau fond la glace du bas, éclaircissant les tablettes de glace et réduisant leur capacité à contrer le flux de glace intérieure. La ligne de mise à la terre, où la nappe glaciaire perd le contact avec le lit et commence à flotter, se retire comme la plate-forme de glace mince.

Bouthérissage de la plate-forme de glace

Les tablettes de glace agissent comme des contreforts qui freinent le flux de glace intérieure. Lorsqu'une plate-forme de glace est présente, elle fournit une résistance qui ralentit les courants de glace qui s'y nourrissent. Si la plate-forme de glace s'amincit ou s'effondre, cet effet de contrefort est réduit et la glace intérieure s'accélère. La perte du plateau de glace Larsen B en 2002 a entraîné une augmentation de 3 à 8 fois le flux des glaciers qui l'alimentent. De même, l'amincissement des tablettes de glace de l'île Pine et de Thwaites a conduit à une accélération et à un retrait de la ligne de mise à la terre.

Hydrologie subglaciaire et conditions de lit

Les conditions à la base de la calotte glaciaire jouent un rôle crucial dans la détermination des vitesses de flottaison de la glace. Lorsque le lit est chaud et humide, la glace peut glisser plus facilement, ce qui entraîne un débit plus rapide. Les lacs subglaciaires, comme ceux du système de ruisseaux de glace de Whillans, peuvent périodiquement s'écouler et provoquer des impulsions de mouvement rapide de la glace. La distribution de l'eau subglaciaire est contrôlée par la topographie du lit et le flux de chaleur géothermique.

Régions clés préoccupantes

Si la totalité de la calotte glaciaire de l'Antarctique présente un intérêt scientifique, certaines régions ont attiré une attention particulière en raison de leurs changements rapides et de leur potentiel de contribution importante à l'élévation du niveau de la mer. Le secteur de la mer d'Amundsen, qui comprend les glaciers de l'île des pins et des Thwaites, est souvent appelé « faible encombrement » de la calotte glaciaire. Ces glaciers comptent parmi les plus rapides de l'Antarctique et connaissent certains des taux les plus élevés de perte de glace.

Dans l'Antarctique oriental, le glacier Totten est une préoccupation majeure. Ce glacier draine une partie du bassin subglaciaire Aurora, qui contient environ 3,5 mètres d'équivalent niveau de la mer. Le glacier Totten est vulnérable aux eaux chaudes de l'océan qui atteignent la ligne de terre par un creux profond. Des observations ont montré que le glacier s'est éclairci et sa ligne de terre s'est retirée ces dernières années.

Suivi et recherche

La surveillance des calottes glaciaires de l'Antarctique est une entreprise massive qui nécessite une combinaison de télédétection par satellite, d'observations sur le terrain et de modélisation numérique. L'objectif est de suivre les changements dans la masse des calottes glaciaires, la vitesse de l'écoulement de la glace, la position de la ligne de mise à la terre et l'épaisseur de la calotte de glace.

Missions satellitaires

Les missions GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) et GRACE-FO mesurent les changements dans le champ de gravité de la Terre, qui peuvent servir à déterminer les changements de masse des plaques de glace. Ces missions fournissent un relevé continu des pertes de masse de l'Antarctique depuis 2002. Les missions ICESat et ICESat-2 utilisent l'altimétrie laser pour mesurer les changements de la surface de glace, fournissant des données à haute résolution sur les changements d'épaisseur des plaques de glace.

Observations sur le terrain

Les chercheurs déploient des récepteurs GPS sur la surface de la glace pour mesurer les vitesses de circulation et la déformation de la glace. Le radar de pénétration de la glace sert à cartographier la topographie du lit et les couches internes de la nappe glaciaire. Les carottes de glace sont forées pour récupérer des échantillons de bulles de glace et d'air anciennes, ce qui permet de consigner les conditions climatiques passées. Les instruments océanographiques de sous-glace sont déployés par des forages pour mesurer la température et la salinité des eaux océaniques sous les plates-formes de glace.

Modélisation numérique

Ces modèles comprennent la physique du flux de glace, les interactions entre la nappe glaciaire et l'océan, et les effets du forçage climatique.Les modèles les plus modernes comprennent le modèle parallèle de la nappe glaciaire (PISM), le modèle du système de la nappe glaciaire (ISSM) et le modèle communautaire de la nappe glaciaire (CISM), qui sont utilisés pour évaluer la probabilité d'instabilité de la nappe glaciaire marine et pour quantifier la gamme des contributions possibles de l'Antarctique à l'élévation du niveau de la mer. Les prévisions de ces modèles sont associées à d'importantes incertitudes, notamment en ce qui concerne le moment et l'ampleur de l'effondrement de la nappe glaciaire.

Projections futures

Le sixième rapport d'évaluation du GIEC présente une série de projections pour la contribution de l'Antarctique à l'élévation du niveau de la mer d'ici 2100, de 5 centimètres environ dans des scénarios à faible émission à plus de 40 centimètres dans des scénarios à forte émission.Ces projections ne tiennent pas compte du potentiel d'effondrement rapide des calottes glaciaires, qui pourrait en ajouter beaucoup plus.

Si les émissions continuent d'augmenter, le réchauffement de l'atmosphère et de l'océan entraînera probablement une augmentation de la perte de glace de l'Antarctique. Si les émissions sont fortement réduites, il sera possible de ralentir ou même d'arrêter le retrait des nappes glaciaires. Cependant, certains processus, comme le retrait de la ligne de mise à la terre dans l'Antarctique occidental, peuvent déjà être irréversibles à l'échelle des temps humains. Les choix faits dans les décennies à venir détermineront l'étendue de la fonte des nappes glaciaires et l'élévation du niveau de la mer qui en sera associée pendant des siècles.

Conclusion

Les nappes glaciaires de l'Antarctique sont les plus grandes formes glaciaires de la Terre et jouent un rôle central dans le système climatique mondial. Elles stockent de grandes quantités d'eau douce et leur fonte a des conséquences directes sur le niveau de la mer, la circulation des océans et les modèles climatiques.Les nappes glaciaires sont des systèmes dynamiques qui réagissent aux changements de température, de courants océaniques et de conditions atmosphériques.Les observations récentes ont révélé une accélération de la perte de glace, en particulier dans l'Antarctique occidental, ce qui soulève des préoccupations quant à l'élévation future du niveau de la mer.