Les modèles de calotte glaciaire sont un outil essentiel pour faire des prévisions concernant l'avenir des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique. Néanmoins, ces modèles ont encore un certain nombre de faiblesses. Dans une comparaison internationale de modèles, 14 groupes de recherche ont alimenté leurs modèles de calotte glaciaire avec les mêmes données atmosphériques et océaniques, et calculé les quantités supplémentaires d'élévation du niveau de la mer que le Groenland et l'Antarctique contribueraient d'ici l'an 2100. Pour le Groenland, les résultats sont cohérents :si les émissions de gaz à effet de serre restent toujours aussi élevées, l'île finira par perdre tellement de glace qu'elle ajoutera 9 centimètres à l'élévation globale du niveau de la mer. En ce qui concerne l'Antarctique, cependant, les résultats des modèles varient considérablement. Certains prédisent une élévation supplémentaire du niveau de la mer pouvant atteindre 30 centimètres; d'autres demandent que la hausse soit nettement moindre. Les résultats de la comparaison seront publiés aujourd'hui dans un numéro spécial de la revue en ligne The Cryosphère .

Aujourd'hui, dans de nombreux secteurs scientifiques et industriels, les simulations informatiques sont un outil de recherche standard. Cependant, par rapport aux spécialistes en mécanique des fluides ou aux ingénieurs mécaniciens, les modélisateurs de calotte glaciaire ont particulièrement du mal à développer des modèles informatiques réalistes de leur sujet de recherche, pour deux raisons. Pour une chose, s'ils doivent mesurer ou confirmer des paramètres importants à l'aide d'une véritable calotte glaciaire, ils ne peuvent naturellement reproduire aucun des processus représentés dans leurs simulations informatiques en laboratoire. Pour un autre, certains paramètres clés manquent encore. Par exemple, nous ne savons toujours pratiquement rien sur la façon dont la surface terrestre du Groenland et de l'Antarctique affecte le glissement et l'écoulement des masses de glace, ou à quel point l'eau sous les langues de glace flottantes de l'Antarctique est chaude. Si les modélisateurs de calotte glaciaire doivent vérifier la qualité de leur modèle, leur seule option est de le comparer directement avec d'autres modèles.

Il y a six ans, des experts de 36 instituts de recherche ont commencé une comparaison approfondie de leurs simulations pour les calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique, et calculé (pour deux scénarios climatiques différents) dans quelle mesure la fonte des couches affecterait l'élévation mondiale du niveau de la mer de 2015 à 2100. Les modèles de calotte glaciaire ont été fournis avec des données atmosphériques et océaniques produites par des modèles climatiques sélectionnés du modèle couplé Projet d'intercomparaison Phase 5 (CMIP5), à savoir, les modèles climatiques utilisés pour préparer le 5e rapport d'évaluation du GIEC.

Les modèles groenlandais sous-estiment les effets du changement climatique

En ce qui concerne l'avenir de la calotte glaciaire du Groenland, tous les modèles sont d'accord :il va continuer à perdre de la masse, contribuant à l'élévation du niveau de la mer à l'échelle mondiale. Si le monde se réchauffe de 4,3 degrés Celsius d'ici 2100 (scénario RCP8.5), ces modèles de calotte glaciaire projettent une élévation supplémentaire du niveau de la mer d'env. 9 centimètres. Si le réchauffement est moins sévère (scénario RCP2.6), l'augmentation supplémentaire sera d'env. 3,2 centimètres.

"Les 14 modèles de calotte glaciaire comparés correspondent à nos dernières observations, qui indiquent que la calotte glaciaire du Groenland perd de plus en plus de glace, surtout aux marges, " dit le Dr Martin Rückamp, un glaciologue et modeleur de calotte glaciaire de l'Institut Alfred Wegener, Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI) à Bremerhaven qui a participé à l'étude. "Mais vu plus largement, les pertes de masse prédites par les modèles pour la période de 2015 à aujourd'hui sont bien en deçà des pertes réellement observées. Pour le dire simplement :les modèles de calotte glaciaire pour le Groenland sous-estiment les changements actuels de la calotte glaciaire dus au changement climatique. »

Dans un monde plus chaud, les masses de glace dans l'Antarctique oriental vont croître

En ce qui concerne l'Antarctique, les résultats des modèles sont beaucoup plus variés. Si les émissions de gaz à effet de serre restent systématiquement élevées (RCP8.5), ils prédisent que l'Antarctique contribuera de -7,8 à 30,0 centimètres à l'élévation mondiale du niveau de la mer. Ce qu'indique le signe moins :certains modèles prédisent une baisse significative de la contribution de l'Antarctique à l'élévation du niveau de la mer, même si la superficie et le volume de glace dans l'Antarctique diminuent. « Ces simulations montrent que, dans un monde plus chaud, il y aurait tellement de chutes de neige en Antarctique de l'Est que la nouvelle glace qui s'y formerait l'emporterait sur la glace perdue à cause du réchauffement de l'eau de mer dans l'Antarctique de l'Ouest, " explique le modélisateur de la calotte glaciaire AWI, le Dr Thomas Kleiner, qui a également participé à l'étude.

Pour l'Antarctique occidental, les modèles prédisent des pertes de glace qui entraîneraient une élévation supplémentaire du niveau de la mer pouvant atteindre 18,0 centimètres d'ici 2100. Cependant, si nous parvenions à atteindre les objectifs de l'Accord de Paris et à limiter le réchauffement climatique bien en dessous de 2 degrés Celsius (RCP2.6), les pertes de glace en Antarctique seraient bien moindres, produisant une élévation supplémentaire du niveau de la mer comprise entre -1,4 et 15,5 centimètres.

Comment interpréter ces résultats ? « Depuis 40 ans, nous avons observé une nette tendance à la baisse dans l'Antarctique. La calotte glaciaire perd de plus en plus de glace, surtout en Antarctique occidental, où nos modèles prédisaient également des pertes importantes de glace. Cela étant dit, l'accélération des glaciers simulée dans les modèles était beaucoup moins prononcée que ce que nous avons réellement observé, " dit le Pr Angelika Humbert, co-auteur de l'étude et chef du groupe de modélisation de la glace de l'AWI. De plus, les experts voient des indications selon lesquelles les modèles surestiment la croissance future de la glace dans l'Antarctique de l'Est. "Si nos soupçons s'avèrent vrais, cela signifiera également que les modèles sous-estiment dans quelle mesure l'Antarctique dans son ensemble contribuera à l'élévation future du niveau de la mer, ", souligne-t-elle.

Plus de confiance, mais des incertitudes demeurent

Par rapport aux études antérieures, le projet ISMIP6 a fait des progrès significatifs. « Le spectre des résultats produits par les modèles est désormais plus restreint. nous pouvons avoir plus de confiance dans leurs projections, " dit Thomas Kleiner. En même temps, cependant, la comparaison a révélé certaines faiblesses conceptuelles. Un exemple :pour les simulations antarctiques, les effets de l'océan sur les plateaux de glace et les glaciers n'ont pas été représentés à l'aide d'approches complexes pour chaque langue de glace. Au lieu, les modèles reposaient sur des formules massivement simplifiées, ce qui a introduit une incertitude considérable. "Par conséquent, les modèles n'étaient pas en mesure de refléter les différents taux de fonte sur la face inférieure des plates-formes glaciaires, ou pour simuler l'accélération réellement observée des glaciers, ce que je trouve personnellement assez troublant, " dit Angelika Humbert.

Une autre lacune trouvée dans les simulations antarctiques :comment les précipitations étaient représentées. Pour des projections précises, cet aspect aurait dû être calculé à l'aide d'un modèle climatique régional à haute résolution. Mais dans l'intérêt de la faisabilité, des données atmosphériques à faible résolution provenant de modèles mondiaux ont été utilisées. Dans la prochaine série de comparaisons, toutes ces faiblesses doivent être éliminées. Selon Angelika Humbert :« Notre objectif sera alors de produire des simulations d'évolution des calottes glaciaires les plus réalistes possibles. Pour ce faire, il faut sélectionner des périodes de simulation qui permettront de comparer les résultats des modèles aux données d'observation réelles. » Dans ces conditions, les modélisateurs de glace pourraient alors suivre la même approche que les spécialistes de la mécanique des fluides et utiliser des données de surveillance du monde réel pour valider leurs simulations informatiques.