Des chercheurs de l'Université Aalto ont trouvé des preuves solides que la glace chaude, c'est-à-dire glace dont la température est très proche de zéro degré Celsius - peut se fracturer différemment par rapport aux types de glace généralement étudiés en laboratoire ou dans la nature. Une nouvelle étude publiée dans La cryosphère examine de plus près le phénomène, a étudié dans le plus grand réservoir de glace intérieur au monde sur le campus d'Aalto.

Comprendre comment la glace se brise est crucial pour assurer la sécurité des ports et des ponts dans les climats frais, ainsi que le transport à travers des régions historiquement riches en glace. Alors que le réchauffement climatique modifie les conditions saisonnières autrefois prévisibles, les règles qui sous-tendent l'ingénierie des infrastructures sont testées au-delà des frontières et des continents.

« Nous devons étudier la glace chaude parce que c'est ce que nous voyons dans la nature ; le réchauffement climatique se produit. Les propriétés mécaniques de la glace et la façon dont elle réagit à la force peuvent être fondamentalement différentes lorsqu'il fait chaud plutôt que froid, comme nous l'étudions traditionnellement, " dit Iman El Gharamti, auteur principal de l'article et doctorant à l'Université Aalto.

Pour étudier comment la glace chaude réagit à des séries de force répétées, connues sur le terrain sous le nom de chargement mécanique cyclique, qui simule les conditions de la nature - l'équipe a utilisé le réservoir de glace de l'université Aalto. Mesurant 40 mètres de large sur 40 mètres de long, le bassin de 2,8 m de profondeur est considéré comme le plus grand du genre au monde.

Typiquement, les fractures de glace sont étudiées à petite échelle, souvent seulement 10 à 20 centimètres de longueur, à des températures de -10 degrés Celsius ou plus froides. Dans cette étude, l'équipe a utilisé des calottes glaciaires d'eau douce de plus d'un pied d'épaisseur mesurant 3 mètres sur 6. Ils ont également contrôlé avec précision la température de l'air ambiant, et la glace était, en termes figés, chaud à un doux -0,3 degrés Celsius.

Avec un dispositif de chargement hydraulique, l'équipe a effectué plusieurs cycles de chargement et de déchargement sur la glace. Les connaissances actuelles sur le terrain suggèrent que la glace présentera une récupération viscoélastique, distincte de la réponse élastique immédiate, c'est lié au temps, réponse élastique retardée - entre les charges, au moins jusqu'à ce qu'on dise à l'appareil d'exercer suffisamment de force pour fendre complètement la glace.

Dans les conditions prévues, cependant, la glace s'est comportée de manière inattendue :elle a montré une certaine récupération élastique mais aucune récupération viscoélastique significative du tout. En réalité, la glace était déformée de façon permanente.

"Ce que nous voyons généralement entre les charges mécaniques, c'est que la glace récupère - elle revient à une formation normale jusqu'à ce que nous appliquions intentionnellement une force telle qu'elle se fissure de manière permanente. Dans nos recherches, la glace était de plus en plus déformée après chaque chargement et nous n'avons détecté aucune reprise élastique retardée significative, " explique El Gharamti.

Le principal facteur contributif semble être la température de la glace. Cette recherche est la première à montrer que la glace chaude peut se comporter d'une manière fondamentalement différente de la glace froide normalement étudiée.

"Le fait que la glace n'ait pas montré de réponse élastique retardée ne correspond pas à notre compréhension conventionnelle de la façon dont la glace fait face à des cycles de force répétés. Nous pensons que cela est dû à la façon dont le niveau granulaire de la glace se comporte lorsqu'il est chaud, mais nous devons encore faire plus de recherches pour savoir ce qui se passe, " dit Jukka Tuhkuri, professeur de mécanique des solides à l'université d'Aalto.

Alors que des conditions plus chaudes sont de plus en plus attendues dans des régions auparavant glaciales comme les Grands Lacs ou la mer Baltique, l'une des zones marines les plus fréquentées au monde, Tuhkuri dit qu'il est crucial de comprendre la mécanique de la glace chaude.

"Une mesure de la charge de glace à long terme sur un brise-glace dans la mer Baltique a déjà montré, étonnamment, que la plus grande charge de glace s'est produite au printemps, quand le temps se réchauffe. Si nos navires et nos infrastructures comme les ponts et les éoliennes ont été conçus pour des saisons assez prévisibles, nous devons savoir ce qui se passe lorsque le réchauffement climatique apporte de nouvelles conditions. Il semble que les anciennes règles ne tiennent pas, " dit Tuhkuri.

Les conclusions seront publiées dans La cryosphère .