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    Les signaux sismiques permettent aux chercheurs de voir sous la glace des rivières

    La rivière Sävar lors de la débâcle au printemps. Crédit :Lina Polvi Sjöberg

    Scientifiques fluviaux de Suède, La Finlande et l'Allemagne rapportent des mesures détaillées du mouvement des sédiments et du niveau d'eau dans une rivière couverte de glace à l'aide d'une nouvelle technique :les signaux sismiques. Les résultats sont publiés dans le Journal of Geophysical Research :Surface de la Terre .

    « Nous avons également pu déterminer si la débâcle était causée par une fonte lente ou par le mouvement de blocs de glace, en détectant des signaux sismiques de fissuration de glace et en déterminant quand ils se produisent par rapport à la débâcle, " dit Lina Polvi Sjöberg, professeur agrégé à l'Université d'Umeå.

    Le transport des sédiments dans les rivières affecte les habitats des organismes aquatiques et le cycle biogéochimique. Jusqu'à maintenant, la mesure du transport des sédiments dans les rivières couvertes de glace a été presque impossible à faire avec des techniques courantes car nous ne pouvons pas voir sous la glace.

    "Normalement, nous pouvons mesurer les vitesses de l'eau et le transport des sédiments en pataugeant dans la rivière ou en utilisant un bateau, mais effectuer ces mesures cruciales sur une rivière couverte de glace est un défi logistique et peut être extrêmement dangereux si la glace est trop mince pour marcher dessus ou lorsque la glace se brise, " dit Lina Polvi Sjöberg.

    Face à ces défis logistiques, l'équipe de recherche a utilisé une méthode la plus couramment utilisée pour étudier les séismes :les signaux sismiques. Cette technique a été utilisée dans une poignée d'études au cours des cinq dernières années pour étudier les processus fluviaux, mais c'est la première fois qu'il est utilisé pour étudier une rivière couverte de glace.

    Selon Eliisa Lotsari, maître de conférences à l'Université de Finlande orientale et l'un des co-auteurs, cette nouvelle application de la sismologie ouvre des portes pour répondre aux questions sur la formation et le changement des rivières couvertes de glace qui étaient auparavant une boîte noire.

    « Parce que le moment et la longueur de la couverture de glace sur les rivières du nord changeront avec le réchauffement climatique, il est particulièrement important de mesurer et de comprendre comment la dynamique des rivières diffère dans des conditions couvertes de glace par rapport à des conditions sans glace et lors de différents types de débâcle, " elle dit.

    Des observations continues du transport des sédiments sont nécessaires tout au long de l'écoulement couvert de glace, périodes de débâcle et sans glace, afin de mieux valider les prévisions de changements futurs dans les rivières nordiques. Étant donné que la débâcle peut être la période la plus dynamique pour les rivières du Nord, provoquant une érosion rapide du chenal de la rivière et des risques d'inondation, il est également important de pouvoir déterminer si la débâcle se produit via une fonte plus calme ou une fissuration dynamique de la glace.

    L'équipe de recherche a mené son étude sur la rivière Sävar, à environ 60 kilomètres au nord-ouest d'Umeå dans le nord de la Suède, durant l'hiver 2018. Trois géophones, sismomètres de la taille d'un poing, ont été enfouis dans le sol à 10 à 40 mètres du chenal de la rivière et ont enregistré toute petite vibration du sol. En analysant la fréquence, intensité, et les modèles des signaux, les chercheurs pourraient interpréter ce qui cause les signaux, y compris la turbulence de l'eau, mouvement de sable et de gravier sur le lit de la rivière, et craquage de glace.

    Le moment de la fissuration de la glace leur a permis d'interpréter si la débâcle est thermique et causée par une fonte lente ou mécanique causée par des blocs de glace qui se brisent. Le craquage de glace se produit pendant tout l'hiver couvert de glace, mais si le nombre de fissures augmente brusquement juste avant que la glace ne disparaisse alors la débâcle est mécanique et si la vitesse reste la même jusqu'à la débâcle alors elle est thermique. Pendant la période d'étude en 2018 sur la rivière Sävar, la débâcle était thermique jusqu'au dernier jour de débâcle, lorsqu'il y a eu un pic du nombre de fissures dans la glace et que les chercheurs ont observé des blocs de glace brisés.

    "Cette technique peu invasive nous permet d'avoir une couverture seconde par seconde de tous les processus dans et autour de la rivière, donc une fois que vous apprenez à interpréter les différents signaux, c'est comme si quelqu'un assis sur le site enregistre encore plus que ce que nous pouvons voir avec nos yeux, " dit Lina Polvi Sjöberg.


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