Les scientifiques ont utilisé la détection à fibre optique pour obtenir les mesures les plus détaillées des propriétés de la glace jamais prises sur la calotte glaciaire du Groenland. Leurs découvertes seront utilisées pour créer des modèles plus précis du mouvement futur de la deuxième plus grande calotte glaciaire du monde, alors que les effets du changement climatique continuent de s'accélérer.

L'équipe de recherche, dirigé par l'Université de Cambridge, a utilisé une nouvelle technique dans laquelle des impulsions laser sont transmises dans un câble à fibre optique pour obtenir des mesures de température très détaillées de la surface de la calotte glaciaire jusqu'à la base, plus de 1000 mètres plus bas.

Contrairement aux études précédentes, qui mesuraient la température à partir de capteurs séparés situés à des dizaines voire des centaines de mètres l'un de l'autre, la nouvelle approche permet de mesurer la température sur toute la longueur d'un câble à fibre optique installé dans un forage profond. Le résultat est un profil très détaillé de la température, qui contrôle la vitesse à laquelle la glace se déforme et, finalement, la vitesse à laquelle la calotte glaciaire s'écoule.

On pensait que la température des calottes glaciaires variait selon un gradient régulier, avec les sections les plus chaudes de la surface où le soleil frappe, et à la base où il est réchauffé par l'énergie géothermique et la friction alors que la calotte glaciaire se déplace à travers le paysage sous-glaciaire vers l'océan.

La nouvelle étude a plutôt trouvé que la distribution de la température est beaucoup plus hétérogène, avec des zones de déformation très localisée réchauffant davantage la glace. Cette déformation est concentrée aux frontières entre des glaces d'âges et de types différents. Bien que la cause exacte de cette déformation reste inconnue, cela peut être dû à la poussière dans la glace provenant d'éruptions volcaniques passées ou de grandes fractures qui pénètrent à plusieurs centaines de mètres sous la surface de la glace. Les résultats sont publiés dans le journal Avancées scientifiques .

La perte de masse de la calotte glaciaire du Groenland a sextuplé depuis les années 1980 et est désormais le principal contributeur à l'élévation du niveau de la mer dans le monde. Environ la moitié de cette perte de masse provient du ruissellement des eaux de fonte de surface, tandis que l'autre moitié est entraînée par le rejet de glace directement dans l'océan par des glaciers à écoulement rapide qui atteignent la mer.

Afin de déterminer comment la glace se déplace et les processus thermodynamiques à l'œuvre au sein d'un glacier, des mesures précises de la température de la glace sont essentielles. Les conditions à la surface peuvent être détectées par des satellites ou des observations sur le terrain d'une manière relativement simple. Cependant, déterminer ce qui se passe à la base de la calotte glaciaire d'un kilomètre d'épaisseur est beaucoup plus difficile à observer, et le manque d'observations est une cause majeure d'incertitude dans les projections de l'élévation du niveau de la mer à l'échelle mondiale.

Le projet RESPONSER, financé par le Conseil européen de la recherche, s'attaque à ce problème en utilisant la technologie de forage à l'eau chaude pour forer à travers Sermeq Kujalleq (Store Glacier) et étudier directement l'environnement à la base de l'un des plus grands glaciers du Groenland.

"Nous prenons normalement des mesures dans la calotte glaciaire en attachant des capteurs à un câble que nous descendons dans un trou de forage foré, mais les observations que nous avons faites jusqu'à présent ne nous donnaient pas une image complète de ce qui se passe, " a déclaré le co-auteur, le Dr Poul Christoffersen du Scott Polar Research Institute, qui dirige le projet RESPONDER. " Plus nous pourrons recueillir de données précises, plus nous pouvons rendre cette image claire, ce qui à son tour nous aidera à faire des prédictions plus précises pour l'avenir de la calotte glaciaire."

"Avec des méthodes de détection typiques, on ne peut attacher qu'une dizaine de capteurs sur le câble, donc les mesures sont très espacées, " a déclaré le premier auteur Robert Law, un doctorat candidat au Scott Polar Research Institute. « Mais en utilisant plutôt un câble à fibre optique, essentiellement tout le câble devient un capteur, afin que nous puissions obtenir des mesures précises de la surface jusqu'à la base."

Pour installer le câble, les scientifiques devaient d'abord percer le glacier, un processus dirigé par le professeur Bryn Hubbard et le Dr Samuel Doyle de l'Université d'Aberystwyth. Après avoir descendu le câble dans le forage, l'équipe a transmis des impulsions laser dans le câble, puis enregistré les distorsions dans la diffusion de la lumière dans le câble, qui varient en fonction de la température de la glace environnante. Des ingénieurs de l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas et des géophysiciens de l'Université de Leeds ont participé à la collecte et à l'analyse des données.

"Cette technologie est une grande avancée dans notre capacité à enregistrer les variations spatiales de la température de la glace sur de longues distances et à très haute résolution. Avec quelques adaptations supplémentaires, la technique peut également enregistrer d'autres propriétés, comme la déformation, à une résolution tout aussi élevée, " dit Hubbard.

"Globalement, nos lectures brossent un tableau bien plus varié que ce que la théorie et les modèles actuels prédisent, " a déclaré Christoffersen. "Nous avons constaté que la température était fortement influencée par la déformation de la glace en bandes et aux frontières entre les différents types de glace. Et cela montre qu'il y a des limites dans de nombreux modèles, y compris le nôtre."

Les chercheurs ont trouvé trois couches de glace dans le glacier. La couche la plus épaisse est constituée de glace froide et rigide qui s'est formée au cours des 10 dernières, 000 ans. Au dessous de, ils ont trouvé de la glace plus ancienne du dernier âge glaciaire, qui est plus doux et plus déformable en raison de la poussière emprisonnée dans la glace. Ce qui a le plus surpris les chercheurs, cependant, était une couche de glace chaude de plus de 70 mètres d'épaisseur au fond du glacier. "Nous connaissons ce type de glace chaude dans des environnements alpins beaucoup plus chauds, mais ici le glacier produit de la chaleur en se déformant, " dit Law.

"Avec ces observations, nous commençons à mieux comprendre pourquoi la calotte glaciaire du Groenland perd de la masse si rapidement et pourquoi la décharge de glace est un mécanisme si important de la perte de glace, " a déclaré Christoffersen.

L'une des principales limites de notre compréhension du changement climatique est liée au comportement des glaciers et des calottes glaciaires. Les nouvelles données permettront aux chercheurs d'améliorer leurs modèles de la façon dont la calotte glaciaire du Groenland se déplace actuellement, comment cela peut évoluer dans le futur, et ce que cela signifiera pour l'élévation mondiale du niveau de la mer.

La recherche a été financée en partie par l'Union européenne.