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The Basal Roughness of Ice Sheets from Radio-Echo Sounding

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Suivre le mouvement de la banquise: de nouvelles techniques pour comprendre l’influence du «tissu» de la glace sur le mouvement des glaciers

Le projet BRISRES, financé par l’UE, combine télédétection radar et glaciologie physique pour proposer aux chercheurs de nouvelles techniques qui permettent d’améliorer la modélisation de l’écoulement de la glace.

Changement climatique et Environnement

Il est essentiel de connaitre les propriétés matérielles de la glace des glaciers afin de modéliser avec précision l’écoulement des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique. Il est notamment possible d’y parvenir en prenant en considération l’alignement général des cristaux de glace. Cet alignement, que l’on appelle «tissu» de la glace, est généré par l’effet cumulé des contraintes exercées sur la glace au fil des millénaires. Au même titre que sa température, le tissu exerce une forte influence sur la viscosité de la glace des glaciers. Mais contrairement à la température, l’effet du tissu sur la viscosité de la glace dépend de la direction. En règle générale, cet effet n’est pas intégré dans les modèles d’écoulement de la glace. Par conséquent, son impact général sur l’évolution de la calotte glaciaire et la hausse prévue du niveau des mers n’est pas pleinement compris. C’est particulièrement le cas pour les courants glaciaires, ces couloirs à écoulement rapide qui transportent la glace jusqu’à l’océan. En utilisant les données collectées par l’Enquête antarctique britannique du courant glaciaire Rutford, en Ouest-Antarctique, le projet BRISRES, soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, a mis au point de nouvelles méthodes de détection de la variation spatiale du tissu et de la viscosité de la glace. «En comparant ces données avec les observations satellitaires de la vitesse de la surface de la glace, nous avons évalué l’influence du tissu microstructurel sur le comportement de l’écoulement de la glace à grande échelle», explique Tom Jordan, auparavant rattaché à l’Université de Bristol, hôte du projet. Le boursier Marie Skłodowska-Curie a montré que le tissu rend la glace moins dure sous l’effet du cisaillement et de la compression à l’œuvre dans le courant glaciaire, ce qui améliore son écoulement.

Introduction de nouvelles méthodes

Les informations relatives au tissu de la glace sont généralement tirées d’échantillons de carottes de glace prélevés en profondeur dans les calottes glaciaires dont l’écoulement est lent. En étudiant l’alignement des cristaux, les chercheurs sont en mesure de déceler de nouvelles informations sur l’écoulement de la glace d’hier et d’aujourd’hui. Une autre approche consiste à recourir à des techniques géophysiques comme le sondage radio-échographique (radar), qui exploite la polarisation, c.-à-d. la direction de la vibration des ondes radio. Grâce à cette technique, il est possible de mesurer les variations verticales et latérales du tissu de la glace, qui revêtent une importance capitale pour comprendre l’impact général sur la dynamique des glaces. «Les données radar sont intéressantes dans la mesure où elles peuvent être recueillies rapidement depuis le sol ou les airs, ce qui permet de réaliser une cartographie à l’échelle du continent», explique Tom Jordan. «Cela dit, les méthodes précédentes produisaient parfois des données ambiguës et n’intégraient pas de mesures dans les modèles d’écoulement de la glace.» BRISRES a mis au point une nouvelle méthode pour extraire des informations sur le tissu de la glace à partir de données radar polarisées acquises par interférométrie, une technique dans laquelle la phase de l’onde est utilisée pour prendre des mesures précises de l’alignement des cristaux. Un flux de travail a ensuite été élaboré pour saisir ces mesures de tissu dans les modèles d’écoulement de la glace, en précisant la dépendance à la direction que présente la viscosité. «Une équipe présente sur une calotte glaciaire est désormais en mesure d’estimer rapidement l’incidence de la viscosité de la glace sur son tissu sous-jacent», explique Tom Jordan. Ces méthodes ont été développées dans les régions du Groenland où l’écoulement de la glace est lent, elles ont pu être testées et comparées à des données relatives aux carottes de glace, puis appliquées à des régions de l’Antarctique où l’écoulement est rapide. «La complexité du tissu de la glace constatée dans le courant glaciaire Rutford a été très surprenante. Ce courant était caractérisé par des rotations rapides du tissu au sein de la colonne de glace et le tissu de la glace provenant des profondeurs était très différent de celui de la glace proche de la surface. Cette découverte laisse entendre qu’un modèle vertical simplifié ne permet pas de déterminer les propriétés matérielles pertinentes de la glace», explique Tom Jordan.

Vers de meilleurs modèles d’écoulement de la glace

En réduisant la viscosité de la glace, les techniques du projet BRISRES permettent de créer des modèles d’écoulement de la glace plus précis. En outre, une meilleure compréhension des régions critiques sur le plan dynamique des calottes glaciaires, comme les courants glaciaires, aidera les chercheurs dans leur étude de la stabilité de ces calottes, ce qui sera bénéfique pour les stratégies d’atténuation de la hausse du niveau des mers. Les méthodologies de BRISRES ont d’ores et déjà été adoptées par des équipes de glaciologie, notamment celles qui étudient le glacier de Thwaites, l’un des glaciers les plus instables de l’Ouest-Antarctique.

Mots‑clés

BRISRES, écoulement de la glace, tissu de la glace, carotte, calotte glaciaire, Antarctique, Groenland, hausse du niveau des mers, cristal de glace, viscosité de la glace

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