A quelle vitesse disparaît la calotte du Groenland? Quels sont les mécanismes de cette fonte? Depuis le Swiss Camp, les scientifiques mènent l’enquête autour d’un phénomène crucial qui déterminera l’élévation du niveau des océans. Une problématique qui sera pour la première fois incluse en détail dans le 5e rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), qui doit être publié le 27 septembre. Reportage
Depuis l’hélicoptère, une tache apparaît sur le désert immaculé du Groenland. Peu à peu, se démarquent deux rangs de tentes «igloos» jaunes. Et deux autres, rouges et semi-cylindriques, perchées à près de 3 mètres du sol. «L’ancien camp a été détruit par les tempêtes de l’hiver 2011-2012. Nous l’avons reconstruit, sur un plancher à même la glace. Mais la fonte exceptionnelle de l’été 2012, qui a touché pour la première fois la surface quasi entière de la calotte, a mis à nu 2,8 m de bois au haut des pieux de 7 mètres qui soutiennent la plateforme! Cette année, nous devons tout consolider», explique Alain Hubert, l’explorateur polaire et ingénieur belge mandaté pour ces travaux.
Nous sommes au Swiss Camp, base scientifique située à 70 km de la côte ouest du Groenland, noyée dans la blancheur de l’inlandsis. Elle a été construite il y a 23 ans par le glaciologue zurichois Konrad Steffen, aujourd’hui directeur de l’Institut WSL de Birmensdorf mais qui a dirigé pendant vingt-ceux ans le Cires, le plus gros centre américain de recherches sur l’environnement, à Boulder. L’objectif initial de ce camp: étudier l’évolution de la calotte glaciaire à la ligne d’équilibre, cette courbe de niveau où, sur une période d’un an, l’accumulation de nouvelle glace suite aux précipitations équivaut à la quantité perdue par la fonte. Or depuis lors, cette ligne virtuelle a gagné 600 m en altitude, à cause du réchauffement; la température moyenne de certaines régions du Groenland a augmenté de 10°C en hiver durant les vingt dernières années.
Le Swiss Camp n’a, lui, pas perdu en pertinence. Il est devenu un balcon privilégié pour observer les phénomènes qui gouvernent l’évolution de la cryosphère. Un domaine d’études qui sera explicitement inclus dans le 5e rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), dont le premier volet paraîtra le 27 septembre. Et c’est notamment à partir du Swiss Camp que sont menées, avec un réseau d’une vingtaine de stations météorologiques éparpillées sur tout le Groenland, des recherches cruciales pour déterminer l’impact de la fonte des calottes sur l’augmentation du niveau des océans, à laquelle sera pour la première fois consacré un chapitre dans le futur rapport du GIEC; cette évaluation, faute d’éléments probants et «selon un consensus par omission», comme le dit l’historienne des sciences américaine Naomi Oreskes, avait été éludée dans la version de 2007.
Pour décrire cet univers de neiges et de glaces, les scientifiques utilisent le terme de «balance». «En 1990, le Groenland recevait environ 555 gigatonnes (Gt) d’eau sous forme de précipitations, et en perdait 350 par la fonte ainsi que 200 à travers le vêlage des glaciers côtiers, soit la fragmentation en icebergs des langues glacières reposant sur l’eau. La balance était donc quasi équilibrée», dit Jay Zwally, scientifique de la NASA, qui est l’un des plus fréquents visiteurs du camp. Or aujourd’hui, cette balance est négative: le Groenland a connu entre 2003 et 2007 une perte nette d’en moyenne 171 Gt de glace par an. Un chiffre qui, avec le coup de chaud que subit le globe, ne cesse de croître (227 Gt aujourd’hui); les scientifiques ont toutefois de la peine à estimer avec quelle rapidité.
Pour le faire, ils tentent de décrire les mécanismes en cause. Pour la fonte, c’est relativement simple: son ampleur est liée aux températures de surface. Mais l’écoulement de la calotte vers la mer, lui, est au cœur d’un débat intense qui mobilise plusieurs centaines de chercheurs dans le monde entier.
Ceux-ci savent que l’accumulation des précipitations neigeuses au sommet de l’île exerce une pression verticale sur la calotte qui fait s’étaler celle-ci. Vers la fin des années 1990, Jay Zwally voulait quantifier ces déplacements près du Swiss Camp à l’aide d’une balise GPS: «La vitesse d’écoulement, mesurée en hiver à 32 cm/jour, augmentait de 28% durant l’été avec des pointes à 1 m/jour!»
Dans un article phare publié en 2002 dans Science , il avance une explication: l’eau de surface, qui coule en de puissantes rivières nommées bédières, s’infiltre continûment dans la calotte par des puits naturels appelés moulins et finit par atteindre le socle rocheux, des centaines de mètres plus bas. Là, le liquide joue le rôle d’un lubrifiant entre le socle rocheux et la couche de glace. Avec pour effet d’accélérer la ruée de celle-ci vers la mer (voir graphique). Un tel phénomène de lubrification a été décrit sur les glaciers alpins au XIXe siècle déjà. «Mais on était loin de penser qu’il pouvait aussi s’appliquer aux calottes polaires», dit-il. Et de conclure que davantage de fonte estivale due à un réchauffement accru pourrait faire s’accélérer ce phénomène.
Tous les scientifiques ne sont pas d’accord avec cette déduction. En 2006, Ian Joughin, de l’Université de Washington, et Sarah Das, de la Woods Hole Oceanographic Institution du Massachusetts, ont effectué des observations non loin du Swiss Camp ainsi qu’aux abords de la côte. Sur le premier site, ils ont décrit la disparition, en quelques heures, englouti dans la glace, d’un lac de fonte de 44 millions de mètres cubes, avec un débit de 8700 m3/seconde, soit plus que les chutes du Niagara. Et ils ont noté un déplacement simultané de 80 cm de la calotte, ainsi qu’un soulèvement de 1,2 m. Par contre, près des côtes, en aval dans la direction d’écoulement du glacier, celui-ci n’avançait au pire que 9% plus vite. Ian Joughin: «Localement, l’eau de fonte qui s’infiltre dans la glace cause bel et bien une accélération substantielle de la calotte (48%), mais cela a peu d’effet sur l’écoulement des glaciers près des côtes», là donc où un apport accru de glace dans l’océan pourrait avoir des effets de plus en plus dramatiques.
En 2010, une étude théorique menée par Christian Schoof, de l’Université de British Columbia, a confirmé ces observations. Selon ses calculs de dynamique des fluides, l’eau de fonte qui s’immisce petit à petit dans les brèches de la calotte est absorbée sans difficulté dans les canaux internes existant jusqu’au socle rocheux. Et une augmentation continue des quantités de liquide n’impacterait pas massivement la translation de l’inlandsis. Par contre, lors d’événements abrupts (pluies abondantes ou justement engloutissement d’un lac de surface dont le poids aura fait céder une crevasse obstruée), la tuyauterie interne de la glace subit une pression importante. Avec pour effet, juste au-dessus du socle rocheux, de soulever la calotte et de lui permettre une glissade temporairement plus rapide.
Le soir au Swiss Camp, autour des homards qu’il aime apprêter, Jay Zwally relance le débat: «En 2002, nous n’avions qu’une balise GPS. Nous en utilisons désormais six à neuf. Or toutes montrent une accélération de la dérive de la calotte en été, lorsque la fonte est maximale.» Et cela pas uniquement aux abords des lacs de rétention superficiels. «D’ailleurs, en fin d’été, il y a bien plus de moulins que de lacs dénombrés plus tôt dans la saison, ce qui semble paradoxal…» Le chercheur en est convaincu: le mécanisme décrit il y a une décennie n’est pas localisé, mais ubiquitaire. Tout au plus reconnaît-il que son ampleur pourrait être moindre qu’estimé jadis.
Pour Konrad Steffen aussi, d’autres paramètres peuvent entrer en jeu. Telle la taille des boyaux dans la glace. «Avec davantage d’eau de fonte, soit le nombre de conduits internes augmente, soit ceux-ci s’élargissent avec le temps.» Trancher entre ces deux hypothèses est d’autant plus crucial qu’elles ont des conséquences différentes sur les propriétés de la glace.
Deux de ses doctorants, Thomas Phillips et William Colgan, ont pu montrer que les infiltrations de liquide font, par diffusion de chaleur du liquide à la glace, grimper de 8°C la température de cette dernière, qui est habituellement aux environs de –25°C. Ce qui la rend plus malléable, et lui permettrait de se déplacer plus facilement. «Or, si les conduits existants deviennent simplement plus larges, le réchauffement de la glace attenante change peu. En revanche, si l’effet d’un surplus d’eau de fonte est de générer davantage de canalisations – ce que nous croyons –, cela permet de chauffer un plus grand volume de glace. La calotte deviendrait plus plastique. C’est un phénomène quantifié pour la première fois, et il est important.»
Ce d’autant plus que, comme le glaciologue l’a observé lors de ses nombreux survols en avion, de l’eau sort même au printemps des entrailles de la calotte, à sa base, près de la côte! «Cela veut dire qu’il persiste pendant l’hiver des poches de liquide dans la glace. En fait, nous pensons que ces canalisations restent ouvertes toute l’année. Cela va à l’encontre de ce qu’on a longtemps cru!» Preuve en serait un immense moulin de 10 m de diamètre ouvert depuis 6 à 7 ans non loin du Swiss Camp. «Nous allons chaque année mesurer son volume, en y faisant descendre un laser gyroscopique: ses caractéristiques changent peu, même si ce trou est un peu plus ovale.»
Cet instrument n’est qu’un des outils dont les scientifiques disposent pour décrire l’architecture interne de la glace. Pour l’anecdote, en 2008, Alberto Behar, de la NASA, a introduit dans un moulin 90 canards en plastique jaunes, équipés d’un message et d’une adresse électronique. Son idée? Demander aux personnes qui les retrouveraient le long des côtes de se manifester pour localiser le point de sortie du conduit emprunté par ces jouets. Seule une maigre poignée aurait été localisée, ce qui n’a pas permis de tirer de conclusions.
Toby Meierbachtol, chercheur à l’Université du Montana, s’est dit que le meilleur moyen de tirer l’affaire au clair était d’aller faire des forages sur place. Son équipe en a creusé 23 sur la calotte, pour mesurer la pression de l’eau infiltrée. Ses observations, publiées le 16 août dans Science, sont surprenantes – telle une matriochka russe, la recherche dévoile une couche supplémentaire de complexité: près des côtes, les canalisations seraient effectivement larges et efficaces à évacuer l’eau. Mais plus l’on progresse vers le centre de l’île, plus les tuyaux dans la glace deviennent ténus, la pression de l’eau y étant toujours élevée, probablement à cause de poches toujours remplies de liquide. Surtout, les scientifiques concluent que, au vu de ce changement de structure de la tuyauterie interne, le modèle de lubrification générique établi pour les glaciers il y a un siècle ne peut être utilisé partout pour expliquer l’écoulement des calottes polaires.
A moins que – dernières nouvelles en date, publiées en août – l’on ait simplement mésestimé la géomorphologie du socle rocheux: un groupe du projet européen Ice2sea, dont le but est d’estimer les contributions de la fonte des glaces continentales à l’élévation des océans, a découvert l’existence d’un vaste canyon sous la calotte, au centre de l’île. Canyon qui pourrait être responsable, en souterrain, de l’évacuation de l’eau… Et une autre équipe a suggéré que de la chaleur provenant de la croûte terrestre, plus fine sous la calotte, pourrait contribuer à faire fondre celle-ci à sa base.
La formation de ce dédale de canaux glacés ainsi que la malléabilité de la calotte dépendant du matériau brut qu’est la glace, les glaciologues étudient aussi comment cette dernière se forme. La NASA a testé cet été, à la station de Summit située au faîte de la calotte, le robot Grover, équipé d’un radar pouvant «voir» à travers les strates de glace pour étudier comment celles-ci se forment. Cet engin aurait pour avantage de suppléer à moindre coût les mêmes mesures effectuées à partir de radars plus puissants installés à bord d’avions survolant les pôles. C’est l’objectif du projet IceBridge de la NASA.
Couplées aux données sur l’évolution de l’inlandsis recueillies avec les satellites, toutes les informations récoltées permettront, selon Konrad Steffen, d’affiner les modèles d’écoulement de la glace, et ainsi les prévisions sur l’augmentation du niveau des océans. Une chercheuse de l’Université libre de Bruxelles, Faezeh Nick, avec qui il a collaboré au Swiss Camp, vient de publier les siennes dans Nature. Elle montre que la dynamique des glaciers côtiers du Groenland dépend de la topographie sous-jacente, et que ceux-ci généreront à eux seuls «une augmentation du niveau de la mer de 4 à 9 cm d’ici à 2100. Si l’on y ajoute la fonte de l’inlandsis, la contribution totale se monterait à 7 à 18 cm d’ici à la fin du siècle.»
Surtout, la chercheuse observe que, sur les quatre glaciers qu’elle a suivis en détail, l’écoulement de la glace tend à moins accélérer que par le passé. Une contradiction avec ce qu’a observé Jay Zwally? Non, dit-il: «C’est le phénomène du bouchon de champagne: lorsqu’il explose, le liquide jaillit vite, puis le flux persiste mais sa force diminue. Au Groenland, les températures élevées observées dans les années 1990 ont réchauffé l’eau des océans alentour. Celle-ci a fortement rongé et détruit les langues des glaciers flottants, ce qui – ces «bouchons» ayant sauté – a d’abord permis à ces glaciers d’avancer beaucoup plus vite; la vitesse de celui de Jakobshavn Isbrae est passée de 6 km/an en 1995 à 15 km/an aujourd’hui. Mais, comme après la première gerbe de mousseux, ce phénomène d’accélération s’affaiblit désormais et la vitesse des glaciers tend à se stabiliser.
Les chercheurs d’Ice2sea vont même plus loin, dans une étude publiée le 10 juillet dans le Journal of Glaciology. Selon leurs modèles, la langue des glaciers côtiers va tellement rétrécir qu’ils ne reposeront presque plus sur l’eau. Résultat: leur vêlage va au mieux contribuer entre 6 et 18% de l’augmentation du niveau des mers d’ici à 200 ans, contre plus du double aujourd’hui. Cette augmentation sera plutôt largement imputable à la fonte directe. Autrement dit, la dynamique variable de la calotte ne jouera plus le rôle déterminant qu’on lui prête aujourd’hui.
Ces scientifiques en déduisent donc que, d’ici à 2100, le niveau des océans devrait augmenter de 16 à 69 cm; entre 3 et 37 cm seraient dus aux calottes polaires et aux glaciers, le reste étant imputable à l’expansion volumique thermique des océans. Des chiffres qui se rapprochent de ceux avancés dans le 4e rapport du GIEC en 2007 (entre 18 et 59 cm d’élévation), même si ces derniers n’avaient donc pas pris en compte jadis «des changements rapides et dynamiques dans l’écoulement des glaces continentales», selon le document.
Dans la communauté scientifique, on considère toutefois ces nouvelles estimations comme encore trop prudentes. La critique principale: elles ont été obtenues en se fondant sur une augmentation moyenne des températures de 3°C, alors que rien ne garantit que ce seuil ne sera pas dépassé d’ici à 2100. Par ailleurs, des modèles de projection régionaux ont été utilisés, mais ceux-ci ne sont pas encore fiables. Selon les fuites au sujet du prochain rapport du GIEC, celui-ci mentionnerait une augmentation de 29 à 82 cm. De son côté, Konrad Steffen persiste et signe en estimant que les océans auront grimpé d’un bon mètre au tournant du XXIIe siècle.
Dans l’environnement grandiose du Swiss Camp, ce débat est parfois comme le jour: sans fin. «Depuis les airs, j’ai pu nettement voir, durant ces vingt-trois ans, une calotte de plus en plus fractionnée, qui subit de sensibles modifications, résume le glaciologue zurichois, en se servant son troisième café. Pour l’heure, la communauté scientifique s’accorde à dire que si la moitié de la disparition observée des glaces est due à une fonte accrue générée par des températures en hausse, l’autre moitié s’explique à l’aide de cette dynamique changeante. Avec toutes ces dernières études, nous comprenons de mieux en mieux ses rouages, mais la tâche reste immense. C’est uniquement en tentant de l’achever, et au prix de recherches de vaste ampleur, qu’on pourra quantifier de manière précise ce phénomène.»
Seule donnée quasi sûre: si toute la glace groenlandaise disparaissait, 7,3 m seraient ajoutés au niveau actuel de la mer. Quant à l’Antarctique, si sa calotte disparaissait aussi, c’est de 70 m que les flots s’élèveraient.
