La fonte des glaciers de l’antarctique : réchauffement climatique ou variabilité naturelle ?

La presse se fait périodiquement l’écho de la fonte accélérée de glaciers en Antarctique[1]. Si le glacier Pine Island est emblématique de ce phénomène en antarctique Ouest, l’antarctique Est ne serait pas épargné comme en témoigne la fonte du glacier Totten. Les journalistes imputent ce phénomène au réchauffement du aux émissions de gaz à effet de serre. Mais une lecture attentive des publications scientifiques suggère que la fonte de ces glaciers résulte d’interactions complexes entre la variabilité océanique, la géologie locale et la variabilité climatique. Les scientifiques admettent que ces interactions ne sont pas bien comprises et ne sont pas prises en compte par les modèles climatiques qui sont donc inopérants pour expliquer l’évolution de ces glaciers.

[1] Le Monde 13 mai 2014 : La fonte de glaciers de l’Ouest de l’Antarctique « a atteint un point de non-retour » Le Monde 26 janvier 2015 : Le plus grand glacier de l’Antarctique oriental en train de fondre, etc.

En janvier 2014, Une équipe du Laboratoire de glaciologie et de géophysique de l’environnement (LGGE) de l’Université Joseph Fourier de Grenoble  publie dans la revue Nature un article intitulé : « Retreat of Pine Island Glacier controlled by marine ice-sheet instability[1]« . Cette publication a donné lieu à un communiqué de presse du LGGE au titre plus racoleur [2] « Antarctique : un glacier côtier engagé dans un recul irréversible » 

Le « recul irréversible de Pine Island » : une prévision de modèles informatiques.

Pour produire ces résultats, l’équipe du LGGE s’est appuyé « sur trois modèles de dernière génération d’écoulement de la glace au sein des calottes polaires » (« three state-of-the-art ice-flow models« ). Voici un résumé des conclusions de l’étude : « L’ensemble des trois modèles montre que le glacier est vraisemblablement engagé dans une instabilité et va poursuivre son retrait sur au moins une quarantaine de kilomètres au cours des cinquante prochaines années. La perte de masse associée à ce recul irréversible devrait augmenter significativement, passant de la valeur moyenne de 20 gigatonnes par an observée pendant la période 1992-2011, jusqu’à 120 gigatonnes par an au cours des cinquante années modélisées. Ainsi, sa contribution annuelle à l’élévation du niveau des mers pourrait tripler voire quintupler dans un proche futur. Cette perte participerait à une augmentation du niveau des mers comprise entre 3,5 et 10 mm pour ce seul glacier dans les vingt prochaines années ». Mais la fiabilité des modèles informatiques étant ce qu’elle est, les auteurs de l’étude indiquent prudemment : « Dans l’ensemble, le comportement à court terme du PIG n’est pas bien compris et les projections pour le futur varient énormément, allant d’un modeste retrait jusqu’à un effondrement quasi complet du tronc principal dans un siècle »

[1] http://www.nature.com/nclimate/journal/v4/n2/full/nclimate2094.html
[2] [2] http://lgge.obs.ujf-grenoble.fr/article801.html
Le Glacier Pine Island

Le glacier de l’île du Pin est un glacier faisant partie de l’inlandsis Ouest-Antarctique en Antarctique. La géologie de ce glacier, de structure andine, est tourmentée : en janvier 2008, une équipe anglaise a découvert qu’un volcan sous-glaciaire est entré en éruption sous la calotte glaciaire de l’Antarctique il y a environ 2 200 ans.[3]

 [3] A recent volcanic eruption beneath the West Antarctic ice sheet dans Nature Géo sciences janvier 2008(http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n2/abs/ngeo106.htm)

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 Les glaciers de l’antarctique fondent par le dessous

Les glaciers de l’Antarctique s’écoulent par endroit depuis le continent sur la mer et forment d’immenses plateaux glaciaires flottantes (Ice shelf en anglais qu’il ne faut pas confondre avec les banquises qui elles résultent du gel de l’eau de mer. Il en existe dix principales en Antarctique, dont deux ayant une superficie de l’ordre de celle de la France ; aux extrémités de ces plaques, les icebergs se forment.

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Plateaux de glace de l’Antarctique . © Scambos et al., 2007, National Snow and Ice Data Center

La carte ci-dessus représentent les plateaux glaciaires flottants de l’Antarctique : les deux plus grandes sont Ross et Filchner-Ronne : dans toutes ces zones, la couverture de glace qui provient des glaciers fond par le dessous.

Jusqu’à présent la principale cause de perte de masse de la calotte glaciaire était attribuée aux vêlages de glaciers. Il a été récemment mis en évidence que la fonte par la base des plateaux glaciaires ferait perdre davantage de glace encore que la formation d’icebergs .

Le mécanisme de la fonte basale

Dans l’ouest de l’Antarctique la topographie du terrain est très particulière, car le socle rocheux sur lequel reposent les glaciers est en dessous du niveau de la mer ; de plus, sa pente va de la mer vers l’intérieur de l’Antarctique. Dans certaines zones, les courants océaniques sont plus chauds : l’eau chaude s’écoule vers l’intérieur du glacier et le fait fondre par le dessous. Ci-dessous, un schéma représentant le mécanisme de la fonte basale : Antarctique-fonte-basale-figaro

Photo : Le Figaro (http://www.lefigaro.fr/sciences/2014/05/14/01008-20140514ARTFIG00339-l-ineluctable-fonte-des-glaces-en-antarctique.php)

Le fait que la contribution des océans ait été largement sous-estimée dans la fonte des plateformes glaciaires ne signifie pas que la fonte totale de l’Antarctique serait plus importante. Dans certaines régions les plateaux glaciaires sont plus minces, mais ils se sont épaissis dans d’autres. En revanche, ces nouveaux résultats mettent en évidence les interactions océan-atmosphère des calottes que les modèles climatiques ne simulent pas correctement. L’étude estime un flux de vêlage total de 1 321 ± 144 gigatonnes par an et un bilan de masse de base total de -1,454 ± 174 gigatonnes par an. Cela signifie que près de la moitié du gain de masse de surface de la calotte glaciaire est perdu par l’érosion océanique avant d’atteindre le front de glace ; le flux de vêlage est d’environ 34 % inférieur aux estimations précédentes. En outre, la fraction de la perte de masse due à des fusions basales varie d’environ 10 à 90 pour cent entre les plateaux de glace. Les modèles climatiques qui ignoraient ce phénomène pourront être réajustés. Il reste à comprendre comment ces taux de fonte basale influenceront au fil du temps la topographie du plancher océanique et la circulation océanique. Actuellement, l’équipe américaine construit une base de données d’observation qui, sur le long terme, aidera à cerner les processus en jeu. L’objectif ultime étant d’améliorer la précision deséquations que les modèles numériques résolvent. En mai 2014 une équipe conduite par par Eric Rignot spécialiste français des glaces travaillant au Jet Propulsion Laboratory de Pasadena (Californie)a analysé les mesures effectuées sur six glaciers situés autour de la mer d’Amundsen entre 1992 et 2011 par les satellites européens ERS-1 et ERS-2. Elle a observé sur cette période un recul important de la ligne d’échouage de ces glaciers, c’est-à-dire la limite entre la partie du glacier qui repose sur le continent et celle qui flotte sur la mer. Les résultats de l’étude (publiés dans « American Geophysical Union » [1]) révèlent que la moitié de l’eau de fonte provient de dix petites plateformes glaciaires flottantes qui n’occupent que 8 % de la surface totale de l’Antarctique. Les deux plus grands plateaux, Ross et Filchner-Ronne, qui couvent pourtant les deux tiers des plateaux, ne contribuent que pour 15 % de la fonte totale. Les plateformes ralentissent la propagation de la glace continentale vers la mer : ainsi «si elles s’amincissent et disparaissent, la glace continentale accélérera son mouvement vers la mer», commente Eric Rignot. Les résultats du Jet Propulsion Laboratory n’impliquent pas que la perte cumulée de glace du continent soit plus importante qu’on ne le pensait : près de la moitié des plateaux de glace se sont amincis, mais d’autres se sont épaissis ou sont dans un état d’équilibre. En outre, la fraction de la perte de masse due à des fusions basales varie d’environ 10 à 90 pour cent entre les plateaux de glace.

Réchauffement global ou variabilité naturelle ?

Mal comprises les interactions océan-atmosphère ne sont pas prises en compte par les modèles climatiques.

D. Pritchard et al. notait dans une publication de Nature du 25 avril 2012 [2] :  « l’étendue et l’ampleur du changement d’épaisseur des plateaux de glace, les causes sous-jacentes d’un tel changement, et leurs liens avec le débit des glaciers sont si mal compris que leur impact futur sur les calottes glaciaires ne peut pas encore être prédit » L’étude du Jet Propulsion Laboratory (Eric Rignot and al) confirme que les interactions océan-glace ne sont pas pris en compte par les modèles informatiques actuels qui sont donc inopérants. C’est pourquoi l’équipe travaille à construire une base de données d’observations qui sur le long terme aidera à cerner les processus en jeu et à réajuster les modèles climatiques en y intégrant les interactions océan-glace. Les travaux d’Eric Rignot suggèrent en tout cas que des causes naturelles peuvent être à l’oeuvre.

Des interactions complexes

Dans une étude publiée dans Science le 10 janvier 2014 [3] Pierre Dutrieux (du British Antarctic Survey) indique que la fonte du glacier Pine Island résulte d’une interaction complexe entre la variabilité océanique (réchauffement de l’océan de surface), la géologie locale (ici le décrochement de la plateforme) et la variabilité climatique (se manifestant dans ce cas par les changements de régime des vents). Cette étude qui a été commentée par le magazine en ligne Futura Environnement[4] souligne l’importance de la géologie locale et de la variabilité du climatique dans cette région.

Courant circumpolaire et changement du régime des vents moteurs de la fonte

Selon Pierre Dutrieux l’amincissement de la plateforme glaciaire est due à l’incursion du courant océanique circumpolaire [5]profond. Plus chaud que l’eau de surface, ce courant circulaire afflue sur le plateau continental voisin et pénètre sous la plateforme glaciaire. Mais les incursions du courant circumpolaire chaud n’expliquent pas totalement sa variabilité annuelle. Les vents dominants de surface sont des vents d’ouest circulaires ; or en janvier 2012, l’équipe de Pierre Dutrieux a enregistré un important accroissement des vents d’est, qui auraient provoqué un refroidissement de l’océan de surface, et donc approfondi la thermocline (couche séparant l’eau froide de surface froide et les eaux chaudes profondes). La fonte du glacier en 2012 a ainsi été la plus basse jamais enregistrée. Selon Pierre Dutrieux ces conditions seraient imputables aux très fortes conditions La Niña, dominantes durant plus d’un an dans le Pacifique équatorial. C’est aussi la thèse de H. D. Pritchard et al. qui dans l’étude publiée dans Nature du 25 avril 2012 [6] suggèrent qu’un changement du régime des vents sur des échelles de temps allant de l’année à la décennie influencent le bilan des glaces de l’Antarctique. Cette forte variabilité contredit la thèse d’un réchauffement simple et stable de l’océan dans la région.

[1] http://news.agu.org/press-release/new-study-indicates-loss-of-west-antarctic-glaciers-appears-unstoppable/
[2] http://www.nature.com/nature/journal/v484/n7395/full/nature10968.html#ref4
[3] https://www.sciencemag.org/content/343/6167/174.abstract?related-urls=yes&legid=sci;343/6167/174
[4] http://www.futura-sciences.com/magazines/environnement/infos/actu/d/climatologie-glaciers-antarctiques-repondent-variabilite-tropicale-51370/
[5] Le courant circumpolaire antarctique est le courant marin de l’Océan Austral qui coule d’ouest en est autour de l’Antarctique. Il est issu de l’ouverture du passage de Drake il y a environ 23 000 000 d’années, consacrant la séparation définitive de l’Antarctique de l’Amérique du Sud. Il joue un rôle moteur dans la circulation océanique mondiale. (Wikipedia)
 [6] http://www.nature.com/nature/journal/v484/n7395/full/nature10968.html#ref4

 Qu’en est -il des glaciers de l’Antarctique Est ?

Le glacier Totten

Une expédition australienne conduite par Steve Rintoul du 29 Janvier au 16 Mars 2014 a constaté que durant l’été austral 2014 la glace du Totten était 1.5°C plus chaude que dans tous les autres secteurs côtiers visités par l’expédition, expliquant la fonte accrue de ce glacier par rapport à ses voisins. Le Totten est l’un des plus grands glaciers de l’hémisphère sud (et du monde). Situé sur la « Côte Sabrina » dans l’est de l’Antarctique sur la Terre de Wilkes, près de deux autres glaciers (Glacier de l’université de Moscou et Glacier Dalton), il s’étend (au dessus d’un vaste bassin rocheux) sur une surface estimée à 570 000 km2. new_totes

Photo The University of Texas Austin(http://www.utexas.edu/news/2015/03/16/east-antarctica-melting-could-be-explained-by-oceanic-gateways/new_totes/)

Au niveau de la côte il forme une « langue glaciaire » importante près de la partie Est du Cap Waldron, attentivement suivie par les spécialistes du climat et des glaciers notamment parce que ce glacier, pour des raisons encore mal comprises présente une vitesse de fonte en accélération et très supérieure à celle des autres glaciers de la partie Est de la calotte antarctique. Cette région a été animée de tremblements de terre qui ont pu déstabiliser certaines pentes lors des épisodes de rapide glaciation/déglaciation probablement en lien avec le phénomène de rebond isostatique. Totten_map_simulation_2014 Totten est en effet le glacier qui de tout l’Est-Antarctique relargue le plus de glace en mer et qui subit le plus grand déficit de masse, malgré 40 années de chutes de neige inhabituellement élevées. Sa vitesse de fonte est ainsi très supérieure à celle des autres glaciers de la partie Est de la calotte antarctique. Comme le Pine Island en Antarctique ouest, c’est l’eau circulant dans la zone d’arrivée en mer du glacier qui est animée de courants complexes qui est à l’origine de la fonte basale. Des chercheurs de l’Institut de géophysique d’Austin(Université du texas)[1], auraient récemment découvert 2 passages permettant aux eaux chaudes de s’introduire sous la base du glacier. Cette découverte a fait l’objet d’une publication dans Nature Geoscience (édition du 16 mars 2015)

Totten fond plus rapidement qu’un glacier voisin (Moscou Université)

Une équipe de chercheurs (qui ont publié leurs résultats dans Nature Communications en décembre 2013[2]) s’est intéressée à la différence du comportement du glacier Totten par rapport à celui d’un glacier proche (Moscou Université), Totten déchargeant un volume de glace beaucoup plus important que Moscou Université. Des indices laissent penser que de l’eau assez « chaude » pour faire fondre la glace (et provenant sans doute du plateau continental) s’écoule ou circule sous ce glacier, beaucoup plus que sous le glacier voisin (« Glacier de l’Université de Moscou »).

La fonte de Totten est liée à la variabilité de la formation des polynias

La thèse de ces chercheurs, est que la variabilité de la fonte de Totten est liée à la variabilité de formation des polynyas côtiers. Les polynyas sont des zones d’eau libre persistante où l’on s’attendrait à trouver de la glace de mer. Selon leur étude, la fonte basale de Totten s’expliquerait par la variabilité de la formation des polynias: moins d’eau froide atteignant la cavité sous le plateau de glace (ice shelf) lorsque moins polynias se forment sur la banquise. La taille et le nombre des polynias varient nettement d’un hiver à l’autre, bien qu’il n’y ait pas de tendance globale dans cette région. Cette variabilité pourrait selon Khazendar être due à un changement du régime des vents[3], (bien que d’autres facteurs puissent être impliqués). Pendant les mois d’hiver, les vents froids soufflent formant des polynias dans la glace de mer autour de glacier Totten ; ces polynias exposent l’eau de mer à de l’air glacial permettant à l’océan de perdre de la chaleur dans l’atmosphère.

 L’accumulation de sel dans les polynias clé du comportement du Totten

L’eau qui gèle à l’intérieur des polynias abandonne sa teneur en sel conduisant à la formation de saumure. Le sel augmente la densité de l’eau de surface, ce qui la rend plus lourde que l’eau au-dessous, l’amenant à plonger au fond de l’océan, où elle pénètre dans les minuscules fissures sous le glacier. Ce processus contribue au ralentissement de la fonte du glacier. A-contrario, pendant les hivers où la formation de polynias est réduite, la saumure n’est pas produite en quantité suffisante et Totten fond plus rapidement, car c’est de l’eau chaude qui remplace la saumure sous les masses de glace.   [1] http://www.utexas.edu/news/2015/03/16/east-antarctica-melting-could-be-explained-by-oceanic-gateways/

[2] http://www.nature.com/ncomms/2013/131205/ncomms3857/abs/ncomms3857.html?message-global=remove (Observed thinning of Totten Glacier is linkedto coastal polynya variability)
 [3] les polynies peut également produits par les vents, notamment les vents catabatique, (du terme grec katabatikos signifiant « s’ écouler vers le bas», nom technique donné à un vent qui transporte l’air de haute densité à partir d’une altitude plus élevée sur une pente sous la force de gravité

 

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