À l’écoute du chant des glaciers qui fondent

Regard au coeur d’un glacier. Auteurs, CC BY-NC-ND

22 août 2022. Glacier Kongsvegen, 20 km à l’est de Ny Ålesund, dans l’archipel norvégien de Svalbard, aussi près du pôle Nord que Marseille de Paris.

Ça y est, nous avons atteint le fond du glacier, qui se trouve à 327 mètres sous nos pieds. Après avoir foré dans la glace pendant 6 heures, notre jet d’eau chaude vient creuser dans les sédiments. Le tuyau qui le relie à la surface cesse de se dérouler et Thomas Schuler, le chef de notre projet de recherche, confirme que la base du glacier a été atteinte.

Je descends de l’hélicoptère et Coline Bouchayer, doctorante associée au projet, m’annonce la bonne nouvelle. Soupir de soulagement. John Hult, l’ingénieur du projet, et Svein Oland, un mécanicien de l’Institut polaire norvégien, sont particulièrement soulagés.

Nous avions essayé de réaliser la même opération au printemps dernier, mais les températures de -30 °C avaient gelé l’eau du système de forage, rendant impossible la poursuite de l’opération. Cette fois-ci, les moteurs qui fonctionnent encore apportent une odeur de diesel aux terres gelées qui nous entourent.

Le Kongsvegen, glacier arctique du Svalbard où nous avons mené nos recherches. Pour découvrir ce qui se trouve à des centaines de mètres de profondeur, nous avons foré jusqu’aux sédiments situés sous le glacier (voir les étoiles vertes). Nous y avons installé un laboureur pour mesurer les forces à la base du glacier, et plusieurs sismomètres pour écouter ses vibrations. Nous avons également installé des sismomètres à différents endroits (points jaunes) de la surface du glacier. T.V. Schuler

Notre objectif ici n’est pas de reconstituer les climats passés en extrayant des carottes de glace comme le font les missions en Antarctique ou au Groenland. Il s’agit plutôt d’explorer ce qui se passe à des centaines de mètres sous la surface, là où le glacier repose sur son lit de roches et de sédiments. C’est là que se joue sa stabilité, car l’eau de fonte venant de la surface s’y infiltre et agit comme un lubrifiant.

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L’augmentation rapide des températures engendrée par le changement climatique cause une fonte accélérée des glaciers, ce qui pourrait déclencher de nombreuses instabilités glaciaires, comme le prévoit le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC).

Les tendances actuelles devraient entraîner un réchauffement d’environ 2,7 °C par rapport aux niveaux préindustriels d’ici à 2100, soit bien plus que la limite maximale de 1,5 °C recommandée par l’accord de Paris. De telles différences sont cruciales pour les glaciers. Ces baleines blanches qui semblent endormies peuvent se réveiller un peu trop soudainement, comme le montre le récent effondrement des glaciers dans les Alpes italiennes.

Les glaciers bougent grâce à la présence d’eau liquide à l’interface entre la glace et le lit. Le moindre mouvement crée une vibration qui peut être enregistrée par nos sismomètres. Ugo Nanni, Author provided

Le mouvement des glaciers (qui peut aller de quelques mètres à plusieurs kilomètres par an) est semblable à celui d’un fromage à pâte molle sur une planche inclinée : ils se balancent sur toute leur hauteur et rampent sous leur propre poids. Plus ils sont raides et épais (jusqu’à plusieurs kilomètres), plus ils s’écoulent rapidement vers les basses altitudes. Grâce à la fine couche d’eau qui se trouve entre la glace et leur lit rocheux, les glaciers peuvent doubler leur vitesse entre l’hiver et l’été. Si la plupart des glaciers bénéficient d’un cycle saisonnier stable, certains, dont le Kongsvegen (c.-à-d., la voie du roi), ont vu leur vitesse annuelle augmenter au fil des ans.

C’est ce qu’on appelle une « surge glaciaire ». Depuis 2010, la vitesse du Kongsvegen est passée de quelques mètres par an à plus de 40, soit une multiplication par un facteur dix. Cela ne concerne pour l’instant que la partie supérieure du glacier, mais nous constatons une progression d’année en année vers les zones inférieures.

Cette dynamique pourrait mener à une déstabilisation du glacier, et si cela survient, ce glacier, de 15 km de long, de 2 km de large et de 300 mètres d’épaisseur, pourrait plonger dans l’océan et engendrer des dommages majeurs sur l’ensemble du fjord. Et le Kongsvegen n’est qu’un cas parmi des milliers à travers le monde. C’est pour le comprendre que nous nous frayons un chemin vers les profondeurs et plongeons nos instruments dans le cœur inconnu du glacier.

L’accélération pluriannuelle du Kongsvegen mesurée par Jack Kohler (Institut polaire norvégien) et son équipe. Elle montre que la vitesse du glacier est passée de quelques mètres par an à plus de 40 dans la partie supérieure du glacier au cours de la dernière décennie. Cette accélération s’étend lentement vers l’avant du glacier. L’image de fond révèle que cette accélération entraîne souvent la formation de crevasses et pourrait conduire à déstabiliser le glacier. Les points jaunes et les étoiles vertes montrent l’emplacement de l’instrument déployé sur le glacier.

Notre mission scientifique vise à écouter le Kongsvegen et à mesurer les forces qu’il exerce sur son lit rocheux sous-jacent. Si ces forces dépassent ce que le lit peut supporter, nous allons commencer à avoir de sérieux problèmes.

Le plus léger des mouvements d’un glacier génère une vibration qui contient des informations cruciales sur ses dynamiques. Le son des glaciers est primitif. Il voyage de nos oreilles à nos tripes. On y perçoit notre désir d’exploration autant que notre impact sur l’environnement. Est-ce qu’ils pleurent, chantent ou rient ? Difficile à dire, en tout cas ils ne restent pas silencieux. Cette année, mon ami Clovis Tisserand, créateur sonore, est venu avec moi enregistrer ces voix d’Arctique.

Mon travail consiste à analyser ces sons pour comprendre comment le glacier se déplace, comment il réagit à la fonte de la surface, comment ses crevasses s’ouvrent et ce qu’il se produit dans ses profondeurs.

Pour ce faire, nous avons recours à des « sismomètres », traditionnellement utilisés pour étudier des tremblements de terre. Depuis 2020, nous en avons installé une vingtaine tout le long du Kongsvegen et dans ses profondeurs. Un tel réseau nous permet d’écouter l’ensemble du glacier et de ses secrets (comme nous l’avons fait récemment dans les Alpes françaises, à l’image d’un médecin armé de son stéthoscope.

Au plus profond du glacier, nous avons aussi installé un instrument assez inhabituel, une longue tige d’acier de 2 mètres plantée à une profondeur de 360 mètres, appelée « laboureur ».

Sur cette tige, John a installé plusieurs jauges de contrainte pour mesurer les forces qui sont en jeu à la base du glacier. Le laboureur que nous avons installé cet été n’a transmis ses mesures que quelques heures durant, avant de sombrer dans le silence en dépit des efforts de John qui a tenté pendant des jours de le relancer. Heureusement pour Coline, dont le doctorat dépend en partie de ces mesures, celui installé au printemps 2021 continue de nous parler. Depuis cette date, nous avons donc pu mesurer comment le glacier vibre, se déforme et glisse en réponse aux changements de températures et de précipitations.

Collecter ces données est coûteux, en temps et en argent, et sujet à de nombreuses incertitudes. Mais cela a été possible grâce au soutien de nombreux collègues, à l’Institut polaire norvégien et à sa station de recherche Sverdrup, à Ny Ålesund.

Le suivi des glaciers au fil des ans requiert de creuser dans la neige pour installer nos instruments, qui sont alimentés par des panneaux solaires et des batteries. Mais l’Arctique est un environnement difficile, et en récupérant nos données, nous risquons de découvrir des stations brisées par des glaciers en mouvement ou de fortes tempêtes de neige. C. Bouchayer, U. Nanni

De retour du terrain

À notre retour de terrain, de longs mois s’écoulent, passés devant notre ordinateur ou autour d’une table à convertir, filtrer et comparer les courbes dessinées par nos observations. Nous découvrons alors que les dynamiques du Kongsvegen sont gouvernées par la saison de fonte qui se déroule de juin à octobre, au cours de laquelle plusieurs milliers de litres d’eau s’écoulent chaque seconde sur la surface et la base du glacier. Selon nos observations, la durée et l’intensité de cette fonte augmentent avec la progression des températures provoquée par le changement climatique.

Toute cette eau lubrifie la base du glacier et provoque une progression de la vitesse et des contraintes en son sein. En même temps, nous mesurons une augmentation de l’intensité des vibrations glaciaires, liées au bruit hydrologique et l’intense activité des crevasses sous l’influence de la chaleur estivale et de l’accélération du glacier. Nous avons observé cet été une présence accrue de crevasses et mesuré une contrainte plus forte que l’année dernière. Cela pourrait être le signe d’une forte accélération voire d’une déstabilisation du glacier.

Notre équipe analyse actuellement ces résultats afin de quantifier les causes de ces changements, et ainsi mieux comprendre ce qui provoque la déstabilisation d’un glacier dans un contexte de fonte. Gardez l’oreille tendue pour écouter ce qui viendra !

Que voit-on sous un glacier ? Série temporelle de mesures recueillies sur le glacier Kongsvegen tout au long de notre mission. Le ruissellement (courbe bleue) représente la quantité d’eau liquide s’écoulant à travers le glacier. La force (courbe rouge) représente la contrainte à la base du glacier. La puissance sismique (courbe noire) représente la quantité de « vibration » à l’intérieur du glacier. La vitesse du glacier est représentée par la courbe verte..

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Pour aller plus loin :
● « Did you know… that glaciers can sing ? », un article de blog sur la mesure sismique des glaciers.
● « Estimation of Marmolada glacier collapse volume using Pléiades imagery », un article de blog expliquant l’effondrement du Marmolada.

The MAMMAMIA project is funded by The Research Council of Norway in the FRIPRO-programme. The NFR-project number is 301837. The author thanks his collaborators listed on here: www.mn.uio.no/geo/english/research/projects/mammamia.