Lors de la 73e réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l'American Physical Society, les chercheurs ont partagé de nouvelles connaissances sur la fonte des icebergs et la formation de glace lacustre.

Eric Hester a passé les trois dernières années à chasser les icebergs. Étudiant diplômé en mathématiques à l'Université de Sydney en Australie, Hester et des chercheurs de la Woods Hole Oceanographic Institution dans le Massachusetts étudient comment la forme d'un iceberg façonne la façon dont il fond.

"La glace se déforme en fondant, " a déclaré l'océanographe physique Claudia Cenedese, qui a travaillé avec Hester sur le projet. "Cela fait ces formes très étranges, surtout en bas, comme la façon dont le vent façonne une montagne sur une plus longue échelle de temps."

Lors de la 73e réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l'American Physical Society, Hester a présenté les résultats des expériences de son groupe visant à comprendre comment la fonte modifie la frontière changeante d'un iceberg qui rétrécit et comment ces modifications affectent à leur tour la fonte.

La dynamique de la fonte des icebergs est absente de la plupart des modèles climatiques, dit Cendèse. Les inclure pourrait aider à la prédiction :les icebergs pompent l'eau douce des calottes glaciaires dans les océans, dynamiser les communautés d'organismes vivants. Les icebergs sont la principale source d'eau douce dans les fjords du Groenland et un contributeur important à la perte d'eau douce en Antarctique. Les icebergs jouent un rôle essentiel dans le climat, Cenedese a dit, et ne doit pas être négligé dans les modèles. La physique de la fonte des glaces est bien comprise, et certains modèles le simulent avec précision, elle a dit. D'autres non. "Mais ce que vous ne pouvez pas faire dans ces simulations, c'est changer la forme de la glace."

Les icebergs se forment avec un large éventail de formes et de tailles, Hester a dit, et des processus thermodynamiques distincts affectent différentes surfaces. La base, immergé dans l'eau, ne fond pas de la même manière que le côté. "Et chaque visage ne fond pas uniformément, " a ajouté Cenedese.

Hester a mené ses expériences en immergeant un bloc de glace teint dans un canal avec un débit d'eau contrôlé passant par, et le regarder fondre. Lui et ses collègues ont découvert que le côté faisant face à un courant fond plus rapidement que les côtés parallèles à l'écoulement. En combinant des approches expérimentales et numériques, Hester et ses collaborateurs ont cartographié les influences relatives de facteurs tels que la vitesse relative de l'eau et le rapport d'aspect, ou la proportion de la hauteur à la largeur d'un côté. Sans surprise, ils ont constaté que le fond avait le taux de fonte le plus lent.

Cenedese a déclaré que le projet de Hester rassemble des collaborateurs d'un éventail de disciplines et de pays, et qu'une collaboration diversifiée était nécessaire pour un tel projet interdisciplinaire. "Travailler dans l'isolement n'est pas aussi productif dans ce cas."

D'autres études discutées lors de la conférence ont porté sur la formation de glace, plutôt que de fondre. Lors d'une session sur les écoulements chargés de particules, l'ingénieur Jiarong Hong du St. Anthony Falls Laboratory de l'Université du Minnesota, à Minneapolis, ont discuté des résultats d'expériences montrant comment la turbulence influence à la fois la vitesse et la distribution de la neige lorsqu'elle tombe et s'affaisse. Les résultats pourraient également aider les scientifiques à mieux comprendre les précipitations, dit Hong.

Un autre projet, présenté par le physicien Chao Sun de l'Université Tsinghua en Chine et son groupe lors d'une session sur les écoulements induits par la convection et la flottabilité, axé sur la formation de glace dans les lacs.

Travaillant sur une subvention de la Natural Science Foundation of China avec Ziqi Wang de l'Université Tsinghua, Enrico Calzavarini de l'Université de Lille en France, et Federico Toschi de l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas, Sun a montré comment la formation de glace sur un lac est étroitement liée à la dynamique des fluides de l'eau en dessous.

Un lac peut posséder des couches d'eau de densités et de températures différentes. "Les anomalies de densité de l'eau peuvent induire une dynamique des fluides élaborée sous un front de glace en mouvement et peuvent changer radicalement les comportements du système, " a déclaré Sun. "Cela a souvent été ignoré dans les études précédentes."

Le groupe de Sun a combiné des expériences physiques, simulations numériques, et des modèles théoriques pour étudier le lien entre la glace et les écoulements convectifs (turbulents). Ils ont identifié quatre régimes distincts de différentes dynamiques d'écoulement, dont chacune interagit avec d'autres couches et la glace à sa manière. Même avec cette complexité, bien que, le groupe a développé un modèle théorique précis qui pourrait être utilisé dans des études futures.

"Il a fait une bonne prédiction de l'épaisseur de la couche de glace et du temps de givrage, " dit Soleil.

Étant donné que la formation et la fonte de la glace jouent un rôle si critique dans le climat, il a dit, une meilleure compréhension de la dynamique des fluides à l'origine du processus pourrait aider les chercheurs à identifier et à étudier avec précision les marqueurs d'un monde en réchauffement. "Le temps pour la glace de se former et de fondre, par exemple, pourrait potentiellement fournir un indicateur du changement climatique.