Les bulles éclatantes font fondre les glaciers plus rapidement

Les glaciers de marée, des rivières de glace colossales qui se jettent dans la mer, grésillent et sifflent continuellement tandis que leurs ventres glacés fondent dans l’eau de mer. Ces bruits sous-marins, qui ressemblent un peu à ceux d’une friture d’aliments, sont provoqués par la libération de bulles d’air autrefois emprisonnées.

Mais ces minuscules bulles sous pression ne font pas que du bruit. De nouvelles recherches ont montré que l’énergie libérée lors de l’explosion des bulles peut favoriser la fonte sous-marine de ces glaciers. Des expériences en laboratoire ont montré que la glace des glaciers pétillante fond deux fois plus vite que la glace sans bulles.

“Ces explosions de bulles d’air de la taille d’un millimètre ont une influence démesurée sur les taux de fonte des glaciers de marée”, a déclaré Erin Pettitglaciologue à l’Oregon State University et co-auteur de la nouvelle étude, publiée dans Géosciences naturelles.

Cette découverte pourrait expliquer, en partie, pourquoi certains glaciers côtiers, comme le glacier Xeitl Sít’i (LeConte) en Alaska, fondent plus rapidement sous l’eau que ne le prédisent les modèles théoriques.

Mesurer la fusion

L’une des façons les plus spectaculaires dont les glaciers de marée contribuent à l’élévation du niveau de la mer est la chute des icebergs de leurs fronts abrupts, là où la glace rencontre l’océan – un processus appelé vêlage. Ils éjectent également de l’eau de fonte via les cours d’eau qui coulent le long de leur base et par la fonte directe de leurs fronts immergés dans l’eau chaude de l’océan.

Les scientifiques veulent comprendre cette fonte sous-marine car elle peut influencer la stabilité des glaciers et le vêlage des icebergs, mais la mesurer directement est un défi. Au lieu de cela, ils utilisent la théorie des modèles pour estimer la fonte des glaces en fonction des températures et des courants océaniques. Ces modèles donnent également une idée de la manière dont les glaciers pourraient réagir au réchauffement des océans provoqué par le changement climatique.

Mais le problème avec ces modèles de fonte des glaces, explique Pettit, est qu’ils sont basés sur des observations de glace de mer sans bulles. Jusqu’à 10 % de la glace des glaciers est constituée d’air, qui reste emprisonné entre les cristaux de glace à mesure que la neige est comprimée au fil du temps. L’air à l’intérieur de ces bulles peut être à une pression atmosphérique 20 fois supérieure à la normale au niveau de la mer.

Pettit a commencé à étudier les bulles d’air des glaciers il y a environ dix ans, lorsqu’elle utilisait des hydrophones pour écouter le paysage sonore près d’un glacier d’Alaska dans un fjord. Une conversation fortuite avec Meagan Wengrove, un ingénieur côtier de l’Oregon State University, a eu l’idée d’une expérience en laboratoire sur l’éclatement des bulles. Wengrove est l’auteur principal de la nouvelle étude.

Tester une intuition

Personne n’avait auparavant étudié comment les bulles à haute pression affectaient la fonte des glaces, a déclaré Wengrove, même si « les bulles d’air sont largement connues pour créer un écoulement turbulent dans les liquides ».

Wengrove et ses collègues avaient l’intuition que les bulles d’air pourraient perturber la fine couche d’eau froide connue pour recouvrir la face inférieure des glaciers, mettant l’eau chaude en contact direct avec la glace du glacier et favorisant la fonte.

Pour tester leur théorie, les chercheurs ont utilisé des caméras à grande vitesse pour enregistrer la glace des glaciers du laboratoire de carottes de glace de l’Université d’État de l’Oregon alors qu’elle fondait dans un réservoir d’eau salée. Ils ont également projeté une lumière laser sur la surface de la glace et utilisé des particules traceuses pour suivre les courants dans l’eau environnante. Ensuite, ils ont répété l’expérience avec de la glace sans bulles offerte par un sculpteur sur glace.

Wengrove et ses collègues ont découvert que les bulles d’air augmentaient la fonte en fournissant de l’eau chaude à déplacement rapide à la surface de la glace. Dans leurs enregistrements, ils ont observé que des bulles d’air sortaient de la glace en train de fondre de manière explosive, laissant derrière elles des vides à basse pression dans la couche limite protectrice. Ils pensent que l’eau de mer chaude se précipite ensuite vers le glacier pour combler ces vides. L’équipe a également constaté que ces bulles d’air entraînaient l’eau chaude vers le haut à mesure qu’elles montaient, créant des courants qui faisaient fondre davantage la glace.

Wengrove et co-auteur Jonathan Nash, océanographe à l’Université d’État de l’Oregon, a construit un modèle de simulation pour explorer l’effet des bulles d’air à l’échelle des glaciers. Ils ont constaté que les bulles provoquaient la fonte sous-marine la plus forte dans l’eau à moins de 60 mètres de profondeur, où la pression de l’eau est plus faible et donc les bulles libérées se dilatent rapidement et restent plus longtemps dans la colonne d’eau.

Cela signifie que les résultats sont probablement plus pertinents pour les glaciers côtiers situés dans les eaux peu profondes autour de l’Arctique, a expliqué Nash. Les glaciers de l’Antarctique fondent à une plus grande profondeur d’eau, ce processus pourrait donc y avoir moins d’impact, a-t-il déclaré.

“Ces bulles d’air ont clairement un impact significatif, mais négligé, sur la fonte”, a déclaré Longue Lune, glaciologue au National Snow and Ice Data Center de l’Université du Colorado à Boulder, qui n’a pas participé à l’étude. “En quantifiant cet impact, ce travail constitue une étape importante dans l’amélioration de la précision de nos modèles de fonte des glaces”, a-t-elle ajouté.

Actuellement, les modèles s’appuient principalement sur la température des océans et sur la force des panaches d’eau douce provenant de la base des glaciers pour prédire la fonte des glaces. Les scientifiques savent qu’il leur manque des données physiques susceptibles d’améliorer leurs prévisions, notamment l’effet bulle récemment découvert.

Plus de données de terrain

“Ce sont des expériences vraiment intéressantes”, a déclaré Keith Nicholls, un océanographe du British Antarctic Survey qui n’a pas participé à l’étude. Il a toutefois noté que les bulles d’air n’expliquent probablement pas entièrement l’écart entre les estimations du modèle et les observations réelles de la fonte des glaciers.

En effet, l’environnement situé devant les glaciers côtiers, où l’eau de fonte et l’eau de mer se mélangent, est particulièrement complexe, a expliqué Nicholls. “Ces processus sont difficiles à reproduire dans des modèles théoriques ou en laboratoire.”

Wengrove et ses collègues ont déclaré qu’ils avaient besoin de plus de données de terrain avant de pouvoir estimer la contribution relative des bulles d’air à la fonte. Outre les conditions de l’eau autour d’un glacier, d’autres propriétés de la glace, telles que la rugosité de sa surface, peuvent déterminer la rapidité avec laquelle la glace fond.

L’équipe est récemment revenue d’un travail de terrain au glacier Xeitl Sít’i, où elle a utilisé des véhicules télécommandés pour collecter ces observations indispensables. Suite à leurs expériences en laboratoire, les bulles bien trop familières ont pris une nouvelle signification, a déclaré Nash. “Maintenant, lorsque nous nous approchons d’un iceberg, tout ce que nous pouvons entendre, ce sont ces bulles qui nous crient dessus alors qu’elles fondent.”

—Erin Martin-Jones (@Erin_M_J), écrivain scientifique

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Citation: Martin-Jones, E. (2023), Les bulles éclatantes font fondre les glaciers plus rapidement, Éos, 104, https://doi.org/10.1029/2023EO230402. Publié le 25 octobre 2023.

Texte © 2023. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
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