La Terre abrite diverses formes de glace, chacune se formant par des processus uniques et jouant un rôle crucial dans le système climatique. Cet article explore la formation de la banquise, des glaciers et des calottes glaciaires, en mettant en évidence leurs caractéristiques distinctives et leur importance environnementale.
La Banquise : Une Mer Gelée en Constante Évolution
La banquise est une couche de glace qui se forme à la surface de l'océan, principalement autour des pôles. Elle résulte du refroidissement de l'eau de mer superficielle au contact de l'air froid, dont la température peut descendre jusqu'à -30°C. Ce processus de congélation libère partiellement le sel contenu dans l'eau de mer, ce qui confère à la banquise une faible salinité.
La banquise peut être saisonnière, fondant pendant l'été, ou pérenne, persistant tout au long de l'année. En Arctique, une partie de la banquise est pérenne et observable en toute saison. Cependant, le réchauffement climatique entraîne un recul important de la banquise, ce qui suscite des préoccupations quant à son rôle essentiel dans la régulation du climat.
En effet, la surface blanche de la banquise reflète une grande partie de la lumière solaire, limitant ainsi l'absorption de chaleur par l'océan. Ce pouvoir réfléchissant, appelé albédo, contribue à ralentir la fonte des glaces. La disparition de la banquise entraîne une absorption accrue de chaleur par l'eau, accélérant ainsi la fonte des glaces, un phénomène connu sous le nom de rétroaction de l'albédo.
La banquise abrite également un écosystème riche et fragile. Sous la surface glacée, une couche d'eau reste liquide en permanence, offrant un habitat unique pour le développement d'algues, qui constituent la base de la chaîne alimentaire, ainsi que pour le krill, de minuscules crustacés essentiels à l'alimentation des poissons, des oiseaux et des mammifères marins. À la surface, des espèces emblématiques telles que les manchots empereurs en Antarctique et les ours polaires en Arctique dépendent de la banquise pour leur reproduction et leur chasse. Des morses et des oiseaux migrateurs viennent également s'y reposer ou s'y reproduire temporairement.
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Les Glaciers : Archives de Glace sur Terre
Contrairement à la banquise, les glaciers se forment sur terre ferme par l'accumulation de couches de neige successives au fil des années, le plus souvent en altitude. Ces masses compactes s'écrasent sous leur propre poids et se transforment en glace sous l'effet de la pression. En 2024, on recense environ 300 000 glaciers à la surface de la planète, représentant près de 70 % de l'eau douce disponible sur Terre. Malheureusement, cette ressource est menacée par la fonte rapide des glaciers.
Un glacier est composé de deux zones distinctes :
- La zone d'accumulation : C'est la région où les précipitations neigeuses s'accumulent et se transforment progressivement en glace. Elle représente plus de la moitié de la taille d'un glacier et correspond aux zones de neiges éternelles.
- La zone d'ablation : C'est la zone où le glacier fond sous l'effet de températures plus douces, se brise et donne naissance à des icebergs ou des torrents.
En France, les glaciers façonnent le paysage de certaines régions montagneuses depuis des millénaires, notamment dans le massif du Mont-Blanc. Les glaciers du Tour, d'Argentière, du Géant, des Bossons, de Taconnaz, de Leschaux et de la Mer de Glace suscitent l'admiration, mais subissent de fortes pressions et risquent de disparaître.
La formation d'un glacier dépend de trois conditions essentielles : le froid, la neige et l'altitude. Lorsque ces conditions sont réunies, la neige accumulée se compacte sous son propre poids, expulsant l'air qu'elle renferme et se transformant en glace. Cette glace est suffisamment plastique pour se déformer sous l'effet de la gravité ou de son propre poids.
Les Calottes Glaciaires : Montagnes de Glace Continentales
Les calottes glaciaires sont des glaciers d'un type particulier, caractérisés par une épaisse couche de glace (dépassant parfois 3 km) qui recouvre la terre ferme et l'écrase sous son poids colossal. Elles sont constituées d'eau douce, formée par l'accumulation de couches de neige compactées depuis des millions d'années.
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En Europe, le Vatnajökull, situé en Islande, est un exemple de calotte glaciaire, mesurant environ 7 700 km² et représentant environ 8 % de la superficie du pays. Cependant, pour être qualifiée d'inlandsis (terme scandinave signifiant "glace à l'intérieur des terres"), une calotte glaciaire doit dépasser 50 000 km².
Aujourd'hui, seuls deux inlandsis subsistent :
- L'inlandsis du Groenland : Il mesure environ 1,7 million de km². Ses dimensions sont de 2 400 kilomètres du Nord au Sud et 1 000 kilomètres d’Est en Ouest. Sa surface, relativement plate, est de 1 726 000 km2 et a une altitude moyenne de 2 135 mètres. Le poids de la glace a enfoncé la zone centrale du Groenland, la surface du substratum rocheux est proche du niveau des mers à l’intérieur du Groenland, mais des massifs montagneux existent le long de ses marges. La surface de la glace atteint sa plus grande épaisseur sur deux zones allongées. Le dôme du Sud atteint près de 3000 mètres à des latitudes 63 ° - 65 ° N ; le dôme Nord atteint environ 3290 mètres à une latitude d’environ 72 ° N. De grands glaciers émissaires de la calotte s’écoulent dans les fjords bordant l’inlandsis, ils sont à l’origine de la production de nombreux icebergs. Le plus connu de ces glaciers émissaires est le Jakobshavn Isbræ également connu sous le nom de glacier Jakobshavn ou glacier Ilulissat. Le Jakobshavn Isbræ est l’un des glaciers les plus rapides, avançant à son terminus à une vitesse de 20 mètres par jour. Il est généralement admis que l’inlandsis du Groenland s’est formé à la fin du Pliocène (4,3 Ma) par coalescence de plusieurs calottes glaciaires. Cependant il existe une controverse concernant l’apparition des glaciers sur cette ile.
- L'inlandsis de l'Antarctique : Il atteint près de 14 millions de km². C’est le continent le plus méridional de la Terre. Situé autour du pôle Sud, il est entouré de l’océan Austral (ou océan Antarctique) et bordé par les mers de Ross et de Weddell. L’Antarctique est le continent le plus froid, le plus sec et le plus venteux. C’est également, de tous les continents, celui qui a l’altitude moyenne la plus élevée. Puisqu’il n’y tombe que peu de précipitations, excepté sur ses parties côtières où elles sont de l’ordre de 200 mm par an, l’intérieur du continent constitue techniquement le plus grand désert du monde. Il n’y a pas d’habitat humain permanent et l’Antarctique n’a jamais connu de population indigène.
Ces deux inlandsis contiennent plus de 99 % de la glace d'eau douce présente sur Terre. Si l'un d'eux venait à fondre complètement, cela entraînerait une élévation du niveau des mers de plusieurs dizaines de mètres.
La formation des inlandsis repose sur le même principe que celle des glaciers : une accumulation de neige résultant d’une fonte insuffisante provoque un tassement de la neige qui expulse l’air qu’elle renferme et se transforme en glace. Cette glace est suffisamment plastique pour se déformer selon la gravité ou son propre poids. Dans le cas des inlandsis, c’est le poids de la glace qui provoque son déplacement par fluage, la pente à l’échelle d’un continent ou d’une grande île étant trop faible pour provoquer un écoulement gravitaire. Un équilibre entre apport de neige, poids de la glace et ablation de neige (sublimation, fonte, vêlage d’icebergs) s’effectue alors et la masse de glace stabilise son épaisseur et son étendue.
Les Icebergs : Géants de Glace à la Dérive
Les icebergs sont des fragments de glaciers ou de calottes glaciaires qui se sont détachés du corps principal et flottent à la surface de l'océan. Le processus de détachement, appelé vêlage, se produit lorsque le glacier avance jusqu'à la mer et qu'un morceau se détache sous la pression.
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Constitués d'eau douce, les icebergs flottent à la surface de l'océan salé, malgré leur masse remarquable. Ils peuvent mesurer plusieurs kilomètres de long, et leur partie émergée ne représente que 10 % de leur volume total.
Certains icebergs ont une forme plate et régulière, appelés tabulaires. Ils se forment lorsque des glaciers en plateaux glissent lentement vers la mer et que leurs zones gelées finissent par flotter sur l'eau, toujours reliés au bloc global, avant de vêler. Le plus grand iceberg connu, nommé "A23", a vêlé de la côte de l'Antarctique en 1986. En 2024, il mesurait environ 3 900 km² et pesait 1 000 milliards de tonnes, soit l'équivalent de la superficie du Luxembourg.
Shelf Glaciaire
Un shelf (au singulier) n’est donc que le prolongement d’un glacier pour la partie flottant sur l’eau. Un phénomène a été mis en évidence : les eaux provenant de la formation de la banquise proche du continent (des eaux denses en raison de leur forte salinité) effectuent un trajet sous-marin en dessous de l’ice-shelf en direction la ligne d’échouage. Elles sont alors amenées à plus forte pression : ces eaux se trouvent au-dessus de leur point de congélation et disposent, dès lors, de l’énergie suffisante pour faire fondre une certaine quantité de glace se situant à la base de l’ice-shelf. La plus grande plateforme en Antarctique est celle de Ross avec une surface d’environ 473 000 km² (France = 550 000 km2) et une épaisseur moyenne de 430 m. Suit la plateforme de Ronne d’une surface plus petite avec 420 000 km² mais qui est en revanche plus épaisse avec 660 m en moyenne. La carte présentée ici montre les principaux shelves (au pluriel) en Antarctique. En avançant sur l’océan, les shelves se fragmentent en dalles de glace dont l’épaisseur peut atteindre 300 m et forment des icebergs tabulaires qui se fragmentent ensuite. Remarque : un shelf ou plate-forme glaciaire flottante, peut être comparé à une énorme dalle de glace d’eau douce qui, alimentée par un ou plusieurs glaciers producteurs, s’avance sur l’océan. Les shelves sont généralement confinés dans des baies où le frottement contre les parois freine l’écoulement de la glace. Ils peuvent aussi s’échouer sur des îlots ou des hauts fonds (ou ice rises). Dans ce cas, le frottement basal produira également un ralentissement. Lorsqu’une baie est assez ouverte, l’ice shelf n’est plus confiné, ce qui signifie que son étalement est isotrope (dans le plan horizontal). Sa vitesse devient très élevée et son épaisseur diminue rapidement. Actuellement, les grands ice shelves se situent dans des baies autour de l’Antarctique. Les principaux sont : le Ross Ice Shelf, Ronne-Filchner ice shelves (parfois appelé Ronny-Filchner) et l’Amery Ice Shelf. On trouve des shelves plus modestes dans la majorité des baies de l’Antarctique et des régions englacées de l’Arctique. En 2002,la désintégration d’une partie du shelf de Wilkins témoigne d’une fonte particulièrement active : « nous pensons que le plateau Wilkins existe depuis quelques centaines d’années, mais l’air chaud et les vagues de l’océan provoquent sa dislocation », a expliqué Ted Scambos glaciologue à l’Université du Colorado. La plateforme de Wilkins est située au sud-ouest de la péninsule Antarctique, à environ 1000 km au sud de l’Amérique du Sud. Or, au cours des 50 dernières années, l’ouest de la péninsule Antarctique a connu la plus grande augmentation de la température sur la Terre, avec une hausse de 0,5 degré Celsius par décennie.
L'Antarctique
L’Antarctique est le lieu le plus froid sur Terre. C’est sur ce continent que la température naturelle la plus basse de la planète, -89,2 °C, a été enregistrée à la station russe de Vostok le 21 juillet 1983. Pour comparaison, c’est 11 °C de moins que la température de sublimation du dioxyde de carbone. L’Antarctique est un désert glacé où les précipitations sont rares soit 200 mm en moyenne par an. Le pôle Sud par exemple, en reçoit moins de 100 mm par an en moyenne. En hiver, les températures atteignent un minimum compris entre -80 °C et -90 °C à l’intérieur du territoire. Les températures maximales se situent entre 5 °C et 15 °C et sont atteintes près des côtes en été. La partie orientale de l’Antarctique est plus froide que la partie occidentale en raison d’une altitude moyenne plus élevée. Les fronts météorologiques peuvent rarement pénétrer l’intérieur du continent, ce qui contribue à le rendre froid et sec, bien que la glace s’y conserve sur des périodes prolongées. Sur les côtes, de forts vents catabatiques balaient violemment le plateau Antarctique. À l’intérieur des terres, la vitesse du vent est cependant modérée. L’Antarctique est plus froid que l’Arctique pour deux raisons. La première raison est qu’une grande partie du continent se situe à plus de 3 km au-dessus du niveau de la mer, or la température diminue avec l’altitude. Compte tenu de la latitude, les longues périodes successives d’obscurité et d’ensoleillement créent un climat peu familier pour les êtres humains habitant le reste du monde. Le continent est recouvert d’une immense calotte glaciaire, elle même composée d’un nombre important de glaciers émissaires. Toute cette glace est en perpétuel mouvement, et les lois de la gravité contribuent à déplacer la glace d’un point élevé vers un point bas. La ligne d’équilibre glaciaire étant située au niveau de la mer, ces glaciers atteignent l’océan et se mettent à flotter. Ainsi, l’inlandsis se prolonge dans certains secteurs par d’immenses plateformes de glace (ice shelves), s’étalant et flottant sur l’océan Austral, dont les surfaces cumulées dépassent 1,5 millions de km².
Erosion Glaciaire
Lors d’une excursion en montagne sur un glacier, on rencontre parfois de gros rochers en équilibre sur un piédestal de glace qui peut mesurer jusqu’à un ou deux mètres de hauteur. De façon similaire, sur le lac Baïkal, en hiver, de petits galets se retrouvent juchés sur une colonne de glace. Ces « zen stones » et leurs homologues des montagnes, les « tables glaciaires », semblent défier la pesanteur. L’érosion, par le vent ou la pluie, conduit souvent à la formation de structures dotées d’un piédestal surmonté d’une masse plus volumineuse, à l’instar des « rochers champignons » que l’on rencontre en particulier dans les déserts, sculptés par l’abrasion du sable transporté par le vent. Plihon, N. Plihon, N. Nicolas Taberlet et Nicolas Plihon, avec Marceau Hénot, se sont d’abord intéressés aux tables glaciaires qui apparaissent sur les glaciers de moyenne altitude, où le soleil d’été peut faire fondre la glace. Selon les conditions, un rocher posé sur la glace peut s’y enfoncer ou former une table glaciaire. En réalisant l’expérience avec des cylindres de plusieurs matériaux (polystyrène, PVC ou granite), les chercheurs ont montré que la conduction thermique joue un rôle essentiel dans le phénomène. Le polystyrène et le PVC, qui sont de bons isolants thermiques, agissent comme des boucliers : le flux de chaleur est plus faible sous le cylindre et la glace y fond plus lentement, d’où la formation du piédestal. Cependant, la forme et les dimensions du cylindre sont aussi cruciales. Pour un matériau donné, un objet plus épais protège moins la glace qu’un objet plus mince : le premier, ayant une superficie plus importante en contact avec l’air, accumule davantage de chaleur. Les chercheurs ont montré que le paramètre géométrique crucial est le rapport de l’épaisseur et du diamètre du cylindre, l’une favorisant la fonte l’autre la limitant. Grâce à une modélisation du système, les chercheurs ont montré que pour le granite, le diamètre doit dépasser 10 à 20 centimètres pour entraîner la formation d’une table, ce qui correspond aux observations sur le terrain où les tables glaciaires ont une taille de l’ordre du mètre. Après les tables glaciaires, l’attention de Nicolas Taberlet et Nicolas Plihon s’est tout naturellement portée sur les zen stones. Peut-on s’attendre au même mécanisme de formation ? Il faut d’abord noter que le phénomène est rare et s’observe surtout sur le lac Baïkal. À la fin de l’hiver, le lac est recouvert d’une couche de glace de plusieurs mètres d’épaisseur. En raison du vent, de la température moyenne (entre - 30 °C et - 10 °C) et du taux d’humidité très faible, la glace ne fond pas, mais se sublime : elle se transforme directement en vapeur quand elle est frappée par la lumière du soleil. Or les pierres posées sur la glace agissent comme un parasol : l’ombre empêche la sublimation de la glace sous le caillou. Plihon, N. Un point intéressant est que le piédestal est relativement symétrique et n’est pas davantage creusé au sud (l’orientation principale du Soleil). Nicolas Taberlet et Nicolas Plihon suggèrent que la couverture nuageuse de la saison hivernale diffuse de façon isotrope l’énergie du soleil. La sublimation s'opère donc de la même façon tout autour de la pierre. « Quand on regarde les photographies de zen stones naturelles, on constate la présence d’une dépression de la glace autour du piédestal, note Nicolas Plihon. Outre leur côté esthétique, les zen stones sont une manifestation assez rare de la sublimation sur Terre. Dans l’espace, ce phénomène pourrait être beaucoup plus fréquent, par exemple sur Europe, la lune de Jupiter, recouverte d’une croûte de glace.
Fonte de la Calotte Glaciaire
L’augmentation de la fonte en surface de la calotte du Groenland au cours de ces 28 dernières années le confirme. Xavier Fettweis, du Laboratoire de climatologie et de topoclimatologie de l’ULG, a démontré que ses glaces fondent beaucoup plus vite que ce qui avait été estimé précédemment : la surface de fonte de la calotte a augmenté de 45% depuis 1979.
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