Les champs de glace de Patagonie : un indicateur critique des changements climatiques

La Patagonie, partagée par le Chili et l'Argentine, abrite certaines des masses de glace les plus étendues et dynamiques de l'hémisphère Sud en dehors de l'Antarctique. Le champ de glace de la Patagonie septentrionale (NPI) et le champ de glace de la Patagonie méridionale (SPI), ainsi que le calotte glaciaire de la Cordillera Darwin, forment une région qui perd de la glace à un rythme qui rivalise avec de grands secteurs du Groenland et de l'Antarctique.

Les glaciers de la région sont particulièrement sensibles aux changements climatiques. Les vents forts de l'ouest qui traversent les Andes créent des gradients de précipitations abrupts, rendant la partie ouest des champs de glace maritime (accumulation élevée et forte fonte) et la partie est beaucoup plus sèche. Ce contexte complexe signifie que les glaciers de Patagonie réagissent rapidement aux changements de température atmosphérique, de configuration des précipitations et de conditions océaniques.

Plateformes et capteurs de satellites pour la surveillance des glaciers

Une série robuste de missions satellitaires est à la base de la surveillance moderne des glaciers.Ces plateformes fournissent différents types de données – optiques, thermiques, radars et altimétriques laser – qui, lorsqu'elles sont combinées, offrent une image complète de la santé des glaciers.

Landsat : Le record le plus long et le plus continu

Le programme NASA/USGS Landsat recueille des images de la Terre depuis 1972. Cette archive est la ressource la plus critique pour suivre les changements de la région glaciaire sur de longues échelles de temps. La bande infrarouge thermique de Landsat (Band 6) est particulièrement utile pour distinguer la neige, la glace et les nuages, tandis que ses bandes infrarouges à ondes courtes sont utilisées dans les méthodes de rapport de bande pour cartographier avec précision les limites des glaciers. La résolution spatiale de 30 mètres est bien adaptée aux grands glaciers de sortie de Patagonie.

Sentinelle-2: Surveillance optique haute résolution

Le programme Copernicus de la Commission européenne, en particulier les satellites Sentinel-2, fournit des images à une résolution spatiale plus élevée (10 mètres) avec un temps de revisite de cinq jours. Cette résolution plus élevée permet aux scientifiques de détecter les changements dans les petits glaciers et les tabliers de glace qui sont difficiles à résoudre avec Landsat. Les bandes spectrales de Sentinel-2 sont également optimisées pour la cartographie de la végétation et de la neige, ce qui en fait un outil puissant pour analyser la réaction des champs d'avant-plans des glaciers et l'expansion des lacs proglaciaux.

ICESat-2 et CryoSat-2: Mesurer le changement d'élévation en trois dimensions

Si l'imagerie optique permet de cartographier l'étendue horizontale des glaciers, le suivi des changements d'épaisseur de la glace nécessite une altimétrie. L'ICESat-2 de la NASA utilise un altimétrique laser de comptage de photons pour mesurer l'altitude de surface avec une précision sans précédent. Ces données permettent aux scientifiques de calculer le volume exact de glace perdue dans tout le champ de glace.

Radar d'ouverture synthétique (SAR): voir à travers les nuages

Les capteurs SAR, comme ceux du Sentinel-1 de l'ESA, peuvent pénétrer dans les nuages et fonctionner dans l'obscurité totale. Cette capacité est essentielle pour surveiller les glaciers en mouvement rapide et détecter les événements de mise bas tout au long de l'année. Les données SAR sont également utilisées pour le SAR interférométrique (InSAR), une technique qui mesure avec une grande précision les changements subtils de la vitesse de surface de la glace.

Principales méthodes d'analyse pour quantifier la perte de glace

La traduction de données brutes par satellite en données scientifiques nécessite des méthodes analytiques robustes, normalisées et validées pour assurer l'exactitude des différents capteurs et des différentes périodes.

Cartographie des changements de la période de glacier et de la zone

La mesure la plus simple du changement de glacier est la fluctuation de son terminus (l'extrémité du glacier).Les analystes numérisent manuellement ou utilisent un logiciel automatisé pour cartographier le front du glacier sur des images de différentes années.L'indice de la neige (NDSI) est un outil clé pour automatiser ce processus. NDSI utilise la différence entre une bande visible lumineuse (haute réflectance pour la neige) et une bande infrarouge à ondes courtes (faible réflectance pour la neige) pour créer une carte binaire de la neige/glace par rapport au sol nu.

Balance de masse géodésique

La méthode géodésique est la façon la plus précise de calculer la perte de masse totale d'un champ de glace. Elle consiste à soustraire deux modèles numériques d'élévation (DEM) qui ont été recueillis à différents moments. La différence d'altitude, multipliée par la zone, donne le changement de volume. Si la densité de la glace est prise en compte, ce changement de volume est converti en changement de masse. Les scientifiques utilisent des DEM dérivés de l'imagerie ASTER, SPOT et WorldView, ainsi que de la mission de topographie radar de la navette (SRTM, acquise en 2000).

Une étude publiée dans Nature Geoscience a utilisé cette méthode pour démontrer que le SPI seul a perdu de la glace à un taux de plus de 20 gigatons par an entre 2000 et 2019. Ce taux est très sensible au forçage climatique, en particulier la position et la force des vents du sud-ouest.

Suivi de la vélocité et de la dynamique des glaces

Les algorithmes de suivi des caractéristiques comparent deux images satellites prises à différents moments (par exemple, quelques jours ou semaines d'intervalle) et calculent le déplacement des caractéristiques de surface reconnaissables (comme les crevasses), ce qui est particulièrement important pour les glaciers de marée, qui se déversent dans l'océan. Leur vitesse contrôle le taux de mise bas des icebergs, qui est une composante majeure de la perte de glace. Les données SAR sont particulièrement puissantes ici, car elles peuvent fournir des mesures de vitesse même pendant le long hiver de la Patagonie nuageuse.

Retraite quantifiée : un historique de la perte de glace accélérée

Le satellite fournit un calendrier clair de changement en Patagonie. La conclusion la plus importante est l'accélération de la perte de glace au cours des 50 dernières années.

Retraite de Terminus généralisée

La quasi-totalité des glaciers de la Patagonie ont reculé de façon significative depuis la fin de l'âge de la Petite Glace au milieu du XIXe siècle. Le taux de retraite a augmenté de façon marquée depuis les années 1980. Par exemple, Glaciar Upsala, du côté est de l'IPS, a diminué de plus de 100 mètres dans certaines régions et a reculé de plusieurs kilomètres. Glaciar O'Higgins a également connu une retraite spectaculaire dans les années 1990.

Le cas unique de Perito Moreno

Le glacier Perito Moreno est une exception notable. Situé dans le parc national des Glaciers de Los Glaciares en Argentine, Perito Moreno est resté dans un état d'équilibre relatif depuis un siècle. Il avance périodiquement, bras de barrage du lac Argentino, puis se rompt dans un spectacle spectaculaire de dynamique de glace. Sa stabilité est probablement due à sa dynamique de glace unique et au fait que son terminus est échoué, protégé des eaux chaudes qui ont sous-cuté d'autres glaciers. Cela met en évidence la réponse complexe et non linéaire de différents systèmes de glaciers aux mêmes forces climatiques.

Accélérer la perte de masse et la contribution au niveau de la mer

Les estimations actuelles indiquent que la région entière contribue de 0,04 à 0,05 mm par année à l'élévation du niveau de la mer. Bien que cela puisse sembler faible, elle est significativement plus élevée qu'une masse de glace relativement petite. Le taux de perte s'est accéléré de 2 à 3 depuis les années 1990, principalement en raison de l'augmentation des températures atmosphériques et du réchauffement des eaux océaniques qui fondent les parties submergées des terminis des glaciers de marée. Cette accélération correspond aux tendances mondiales, renforçant que la Patagonie est un baromètre sensible du changement climatique.

Pour une chronologie visuelle détaillée de ces changements, l'Observatoire de la Terre NASA fournit d'excellentes études de cas sur des glaciers spécifiques comme Upsala et Jorge Montt.

Conséquences environnementales et sociétales

La transformation rapide de la cryosphère de Patagonie a des effets en cascade sur l'écologie, l'hydrologie et les populations humaines de la région.

Réduction de l'alimentation en eau douce et de l'énergie hydroélectrique

De nombreux cours d'eau de la Patagonie, en particulier du côté est des Andes, sont alimentés par des eaux de fonte glaciaires. Comme les glaciers s'éclaircissent et reculent, ils produisent d'abord une poussée de ruissellement des eaux de fonte. Cependant, comme la masse de glace continue de diminuer, le ruissellement total diminue. Ce concept de « pic d'eau » a de fortes répercussions sur les collectivités et les infrastructures en aval.

Inondations du lac Glacial

Ces lacs proglaciaux s'étendent rapidement. Les barrages sont intrinsèquement faibles et peuvent échouer de façon catastrophique, ce qui entraîne une crue de la crue du lac Glacial (GLOF). La Patagonie a vu plusieurs inondations dévastatrices, comme l'inondation de Laguna de los Tempanos (Cachet 2) au Chili, qui a causé des dommages considérables. Le nombre et la taille de ces lacs augmentent, ce qui augmente les risques pour les villes, les infrastructures et les opérations touristiques en aval.

Changements dans les écosystèmes locaux et la dynamique du fjord

Le recul des glaciers modifie les propriétés physiques et chimiques des fjords côtiers. L'afflux d'eau douce froide chargée de sédiments modifie la salinité, la température et la pénétration de la lumière. Cela affecte les écosystèmes marins, depuis les fleurs de plancton jusqu'aux populations de poissons. Le retrait des glaces expose également de nouvelles surfaces terrestres, colonisées par des espèces végétales pionnières. Ces successions primaires créent de nouveaux habitats mais représentent également un changement fondamental dans le paysage.

Contributions au titre de l'augmentation du niveau de la mer

À l'échelle mondiale, la glace stockée en Patagonie représente un réservoir important de élévation potentielle du niveau de la mer. Si l'ensemble des champs de glace de Patagonie devait fondre, ils augmenteraient le niveau de la mer mondiale d'environ 1,2 mètre. Le taux actuel de perte, bien que modeste par rapport au Groenland ou à l'Antarctique, est disproportionnée pour la zone de glace concernée.

Pour une analyse approfondie des impacts régionaux, GlacierHub couvre fréquemment la recherche et les impacts communautaires liés au recul des glaciers de Patagonie.

Défis durables et avenir du suivi

Malgré la richesse des données provenant des satellites, des défis importants subsistent en matière de surveillance des glaciers de Patagonie.

Couverture nuageuse et lacunes dans les données

Bien que le SAR puisse pénétrer dans les nuages, il est plus complexe d'analyser et de conserver un record historique plus court. Cela signifie que l'analyse à long terme des changements de glaciers repose fortement sur les quelques images Landsat disponibles chaque année, sans nuage, qui peuvent introduire des biais si les images sélectionnées ne représentent pas des conditions typiques.

Résolution et accessibilité

Bien que les données de 10 à 30 mètres soient excellentes pour les grands glaciers, elles sont moins efficaces pour les centaines de petits glaciers et de glaciers suspendus abrupts qui sont également présents dans les Andes. Ces petits glaciers sont souvent recouverts de débris, ce qui les rend extrêmement difficiles à cartographier avec précision à l'aide d'algorithmes automatisés.

Nécessité de la validation in situ

Les données satellitaires sont puissantes mais nécessitent des mesures au sol pour la validation. Les stations météorologiques, les mesures du bilan massique recueillies par les scientifiques de terrain et les relevés bathymétriques lacustres sont essentiels pour l'étalonnage et l'amélioration des modèles dérivés des satellites.

Missions futures

Les missions satellites futures promettent de révolutionner davantage notre compréhension. La mission NISAR de la NASA et de l'ISRO (SAR en bande L et S) fournira une surveillance globale complète des changements de la nappe glaciaire et des glaciers, y compris la déformation et la vitesse de surface.

Conclusion

Les données recueillies au cours des cinq dernières décennies en matière de télédétection sont sans équivoque : les glaciers de la région se retirent et s'éclaircissent à un rythme accéléré.Cette perte de glace est une réponse directe à l'évolution du climat et a des répercussions tangibles sur le niveau mondial de la mer, les ressources en eau locales et la dynamique des écosystèmes.En continuant à tirer parti de la puissance de la technologie satellitaire – des archives foncières fondamentales aux capacités avancées d'ICESat-2 et de Sentinel-1 – les scientifiques construisent le dossier d'observation à long terme nécessaire pour relever les défis d'un monde qui se réchauffe.