Les lois sur l'écoulement des matériaux granulaires s'appliquent même au géant, échelle géophysique des icebergs s'entassant dans l'océan à la sortie d'un glacier, les scientifiques ont montré.

Les Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) a publié les conclusions, décrivant la dynamique du bloc d'icebergs - connu sous le nom de mélange de glace - devant le glacier Jakobshavn du Groenland. Le glacier en mouvement rapide est considéré comme un indicateur des effets du changement climatique.

"Nous avons connecté des théories microscopiques pour la mécanique de l'écoulement granulaire avec le plus grand matériau granulaire du monde - un mélange de glace glaciaire, " dit Justin Burton, professeur adjoint de physique à l'Université Emory et auteur principal de l'article. "Nos résultats pourraient aider les chercheurs qui tentent de comprendre l'évolution future des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique. Nous avons montré qu'un mélange de glace pourrait potentiellement avoir un effet important et mesurable sur la production de gros icebergs par un glacier."

La National Science Foundation a financé la recherche, qui a réuni des physiciens qui étudient la mécanique fondamentale des matériaux granulaires dans des laboratoires et des glaciologues qui passent leurs étés à explorer les calottes glaciaires polaires.

« Les glaciologues traitent généralement déformation constante de la glace glaciaire, qui se comporte comme de la mélasse épaisse - une matière visqueuse rampant vers la mer, " dit le co-auteur Jason Amundson, un glaciologue à l'Université de l'Alaska Sud-Est, Juneau. "Mélange de glace, d'autre part, est fondamentalement un matériau granulaire - essentiellement une neige fondue géante - qui est régi par une physique différente. Nous voulions comprendre le comportement du mélange de glace et ses effets sur les glaciers."

Pour des milliers d'années, les glaciers massifs des régions polaires de la Terre sont restés relativement stables, la glace emprisonnée dans des formes montagneuses qui refluaient pendant les mois les plus chauds mais regagnaient leur volume en hiver. Au cours des dernières décennies, cependant, les températures plus chaudes ont commencé à dégeler rapidement ces géants gelés. Il est de plus en plus courant que des plaques de glace, hautes d'environ un kilomètre, se déplacent, craquer et dégringoler dans la mer, se séparant de leurs glaciers mères dans un processus explosif connu sous le nom de vêlage.

Le glacier Jakobshavn avance à une vitesse de 50 mètres par jour jusqu'à ce qu'il atteigne le bord de l'océan, un point connu sous le nom de terminus du glacier. Environ 35 milliards de tonnes d'icebergs vêlent chaque année du glacier Jakobshavn, se déversant dans le fjord d'Ilulissat au Groenland, un canal rocheux d'environ cinq kilomètres de large. Le processus de vêlage crée un mélange culbutant d'icebergs qui sont lentement poussés à travers le fjord par le mouvement du glacier. Le mélange de glace peut s'étendre sur des centaines de mètres de profondeur dans l'eau, mais en surface, il ressemble à un champ de neige grumeleux qui inhibe, mais ne peut pas s'arrêter, le mouvement du glacier.

"Un mélange de glace est un peu comme un purgatoire pour les icebergs, parce qu'ils se sont jetés dans l'eau mais qu'ils n'ont pas encore atteint l'océan, " dit Burton.

Alors que les scientifiques étudient depuis longtemps la formation de la glace, se brise et coule à l'intérieur d'un glacier, personne n'avait quantifié le flux granulaire d'un mélange de glace. C'était un défi irrésistible pour Burton. Son laboratoire crée des modèles expérimentaux de processus glaciaires pour tenter de quantifier leurs forces physiques. Il utilise également des particules microscopiques comme modèle pour comprendre la mécanique fondamentale des particules granulaires, matériaux amorphes, et la frontière entre un état fluide et un état rigide, un coincé.

"La matière granulaire est partout, des poudres qui composent les produits pharmaceutiques au sable, la saleté et les roches qui façonnent notre Terre, " dit Burton. Et pourtant, il ajoute, les propriétés de ces matériaux amorphes ne sont pas aussi bien comprises que celles des liquides ou des cristaux.

En plus d'Amundson, Les co-auteurs de Burton sur l'article du PNAS comprennent le glaciologue Ryan Cassotto - anciennement de l'Université du New Hampshire et maintenant de l'Université du Colorado Boulder - et les physiciens Chin-Chang Kuo et Michael Dennin, de l'Université de Californie, Irvine.

Les chercheurs ont caractérisé à la fois l'écoulement et la contrainte mécanique du mélange de glace de Jacobshavn à l'aide de mesures sur le terrain, données satellitaires, expériences de laboratoire et modélisation numérique. Les résultats décrivent quantitativement l'écoulement du mélange glaciaire au fur et à mesure qu'il s'enraye et se débloque au cours de son voyage à travers le fjord. L'article a également montré comment le mélange de glace peut agir comme une "plate-forme de glace granulaire" dans son état coincé, soutenant même les plus gros icebergs vêlés dans l'océan.

« Nous avons montré que les glaciologues modélisant le comportement des plates-formes de glace avec des mélanges de glace devraient prendre en compte les forces de ces mélanges, " dit Burton. "Nous leur avons fourni les outils quantitatifs pour le faire."