Les bulles sous pression piégées profondément dans la glace des glaciers côtiers jouent un rôle important dans la façon dont l’eau de fonte est libérée par ces structures géantes. C'est la conclusion des scientifiques américains dirigés par Meagan Wengrove à l'Université d'État de l'Oregon. L’équipe affirme que ses résultats aideront les chercheurs à prédire la fonte future des glaciers avec beaucoup plus de précision qu’il n’est possible aujourd’hui.
En raison du changement climatique, de nombreux glaciers reculent progressivement. Il s’agit notamment des glaciers côtiers, que l’on trouve à des latitudes élevées où les températures sont suffisamment fraîches pour que la glace s’écoule directement dans la mer.
Aujourd’hui, les glaciologues comprennent que cette perte est accélérée par la rétroaction entre la fonte des glaces, l’écoulement des glaciers et la circulation océanique. Mais même lorsque ces effets sont intégrés dans leurs modèles, les calculs sous-estiment systématiquement les taux de fonte.
Bulles éclatantes
Comme l'explique Wengrove, « nous pensons qu'il existe plusieurs mécanismes physiques importants liés à la façon dont les glaciers de marée fondent et qui manquent dans ces modèles. L’un d’eux pourrait être l’éclatement et la montée de bulles ». Cette idée est apparue pour la première fois en 2015, lorsque Erin Pettit, également dans l'État de l'Oregon, a observé comment la fonte des glaciers est affectée par la libération de bulles d'air emprisonnées.
Ces bulles se forment dans les interstices entre les flocons de neige tombant au sommet des glaciers. Ces bulles représentent environ 10 % du volume de glace nouvellement formée. Ils se compriment ensuite à mesure que la neige fraîche s'accumule, atteignant finalement des pressions pouvant atteindre 20 atmosphères lorsqu'ils coulent au fond du glacier.
Wengrove explique que cette pression a des effets dramatiques lorsque l'air est finalement libéré : « Pettit a découvert qu'une fois qu'un glacier de marée atteint l'océan, la glace émet des bruits secs en fondant. En effet, les bulles encapsulées dans la glace explosent dans l’eau, en raison d’une différence de pression entre l’eau de mer et la pression interne des bulles.
Mélanges turbulents
On sait que les bulles ont une influence importante sur la manière dont les fluides se mélangent, affectant par exemple toute une série de processus industriels. Selon Wengrove, cet effet ne devrait pas être moins important pour la fonte des glaciers, qui implique le mélange d'eau de fonte froide avec de l'eau de mer plus chaude. Mais jusqu’à présent, l’influence des bulles sur la fonte des glaciers était à peine prise en compte.
S'appuyant sur la découverte de Pettit, Wengrove, Pettit et leurs collègues ont étudié l'effet dans une perspective multidisciplinaire : couvrant des domaines tels que la glaciologie, l'océanographie et la spécialité de Wengrove, la mécanique des fluides.
"Notre étude a mesuré la vitesse de la colonne d'eau et les turbulences adjacentes à la fonte des glaces des glaciers, ce qui n'avait jamais été fait auparavant", explique Wengrove. "Nous avons également comparé nos résultats à une deuxième série d'expériences avec de la glace claire et sans bulles, pour imiter la façon dont les expériences de fonte précédentes avaient été réalisées."
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En incluant des bulles éclatantes dans leur modèle, l’équipe a pu décrire la fonte observée des glaciers de marée de manière beaucoup plus précise que les études précédentes. "En laboratoire, nous avons découvert que la glace des glaciers fondait 2.25 fois plus vite que la glace claire sans bulles", explique Wengrove. "Nous avons également constaté que la glace des glaciers produisait 20 fois plus d'énergie cinétique et six fois plus d'énergie cinétique turbulente que la glace claire."
Sur la base de ces observations, les chercheurs ont développé un nouveau modèle qui inclut la quantité d'énergie que les bulles contribuent au processus de fonte lorsqu'elles éclatent, puis remontent à la surface de l'océan. Ils ont également étudié la façon dont cette énergie varie en fonction de la pression des bulles et de l’eau.
L'équipe de Wengrove espère que leurs travaux encourageront de futures études qui modéliseront la fonte des glaciers de marée avec beaucoup plus de précision que ce qui est possible aujourd'hui. En cas de succès, cela fournirait aux scientifiques des informations importantes qui pourraient conduire à une meilleure compréhension des changements à l'échelle mondiale dans les océans et l'atmosphère de la Terre au cours des prochaines décennies.
La recherche est décrite dans Nature Geoscience.
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