Comprendre le mouvement des glaciers : une perspective mondiale

Les glaciers, vastes fleuves de glace, sont des éléments dynamiques de notre planète. Ce ne sont pas des blocs statiques mais des masses en mouvement constant, qui réagissent à la gravité et aux conditions environnementales. Comprendre le mouvement des glaciers est essentiel pour appréhender le système climatique de la Terre, l'évolution des paysages et l'impact du changement climatique sur les ressources en eau et l'élévation du niveau de la mer.

Qu'est-ce qu'un glacier ?

Avant de plonger dans le mouvement des glaciers, il est essentiel de définir ce qu'est un glacier. Un glacier est une masse pérenne de glace, de neige et de névé (neige partiellement compactée ayant survécu à au moins une saison de fonte estivale) qui se forme sur de nombreuses années et se déplace sous son propre poids. On trouve des glaciers sur tous les continents, à l'exception de l'Australie, des régions polaires aux montagnes de haute altitude.

Les principales caractéristiques d'un glacier sont les suivantes :

• Taille et épaisseur : La taille des glaciers varie de petits glaciers de cirque à de massives calottes glaciaires couvrant des milliers de kilomètres carrés et atteignant des kilomètres d'épaisseur.
• Formation de la glace : La glace de glacier se forme par la compaction et la recristallisation de la neige au fil du temps. À mesure que la neige s'accumule, elle comprime les couches sous-jacentes, transformant les cristaux de neige en névé plus dense, puis finalement en glace de glacier.
• Mouvement : La capacité à s'écouler sous son propre poids est une caractéristique déterminante des glaciers.
• Bilan de masse : Les glaciers gagnent de la masse par accumulation (chutes de neige) et en perdent par ablation (fonte, sublimation et vêlage). L'équilibre entre l'accumulation et l'ablation détermine si un glacier avance, recule ou est en équilibre.

Mécanismes du mouvement glaciaire

Les glaciers se déplacent grâce à une combinaison de processus, classés en deux grandes catégories :

• Déformation interne
• Glissement basal

Déformation interne

La déformation interne, également connue sous le nom de fluage, est le processus par lequel les cristaux de glace à l'intérieur du glacier se déforment et glissent les uns sur les autres sous l'effet de la gravité. Le taux de déformation interne est influencé par plusieurs facteurs :

• Température : La glace plus chaude est plus déformable que la glace plus froide. Les gradients de température à l'intérieur du glacier influencent le taux de déformation interne, la glace basale plus chaude se déformant plus facilement.
• Épaisseur de la glace : Le poids de la glace sus-jacente augmente la pression sur les cristaux de glace, favorisant la déformation. Les glaciers plus épais connaissent des taux de déformation interne plus importants.
• Orientation des cristaux de glace : L'orientation des cristaux de glace affecte la facilité avec laquelle ils peuvent se déformer. Les cristaux de glace alignés dans une orientation favorable à la déformation contribueront davantage au mouvement du glacier.

Imaginez une pile de cartes à jouer que l'on pousse sur le côté ; les cartes glissent les unes contre les autres. Dans un glacier, les cristaux de glace jouent le rôle des cartes.

Glissement basal

Le glissement basal se produit lorsque le glacier glisse sur son lit. Ce processus est facilité par la présence d'eau à l'interface glace-lit. L'eau peut provenir de :

• Fonte par pression : La pression de la glace sus-jacente abaisse le point de fusion de l'eau, provoquant la fonte de la glace à la base.
• Chaleur géothermique : La chaleur provenant de l'intérieur de la Terre peut faire fondre la glace à la base du glacier.
• Eau de fonte de surface : L'eau de fonte de la surface du glacier peut s'infiltrer jusqu'au lit à travers les crevasses et les moulins (puits verticaux).

La présence d'eau réduit la friction entre le glacier et son lit, permettant au glacier de glisser plus facilement. Le taux de glissement basal est influencé par des facteurs tels que :

• Pression de l'eau : Une pression d'eau plus élevée réduit la friction et augmente les taux de glissement.
• Rugosité du lit : Un lit plus lisse permet un glissement plus facile, tandis qu'un lit rugueux augmente la friction.
• Sédiments : La présence de sédiments au niveau du lit peut faciliter ou entraver le glissement, selon leurs propriétés.

Le glissement basal est un mécanisme particulièrement important pour les glaciers à écoulement rapide et les courants de glace, qui peuvent se déplacer à des vitesses de plusieurs mètres par jour.

Types d'écoulement glaciaire

Bien que la déformation interne et le glissement basal soient les mécanismes fondamentaux du mouvement glaciaire, les glaciers présentent différents comportements d'écoulement en fonction de leurs caractéristiques et des conditions environnementales. Ceux-ci incluent :

• Écoulement laminaire
• Écoulement en bloc
• Écoulement en extension et en compression
• Crues glaciaires

Écoulement laminaire

L'écoulement laminaire se produit lorsque les couches de glace glissent les unes sur les autres en douceur, sans se mélanger. Ce type d'écoulement est typique des glaciers plus froids avec des vitesses d'écoulement relativement faibles. Le profil de vitesse de l'écoulement laminaire est tel que la glace à la base se déplace plus lentement que la glace à la surface, en raison de la friction avec le lit.

Écoulement en bloc

L'écoulement en bloc se produit lorsque l'ensemble du glacier se déplace comme un seul bloc, sans déformation interne significative. Ce type d'écoulement est courant dans les glaciers avec un lit relativement lisse et une pression d'eau élevée. Le profil de vitesse de l'écoulement en bloc est plus uniforme que celui de l'écoulement laminaire, la glace à la surface et à la base se déplaçant à des vitesses similaires.

Écoulement en extension et en compression

L'écoulement en extension et en compression se produit dans les zones où la pente du lit du glacier change. Dans les zones où la pente du lit augmente (écoulement en extension), le glacier s'étire et s'amincit. Dans les zones où la pente du lit diminue (écoulement en compression), le glacier se comprime et s'épaissit. Ces modèles d'écoulement peuvent créer des crevasses (fissures profondes dans la glace) dans les zones d'extension et des ogives (motifs en bandes à la surface du glacier) dans les zones de compression.

Les crevasses se forment là où la contrainte de traction dans la glace dépasse sa résistance. Elles peuvent être dangereuses pour les alpinistes et les chercheurs.

Crues glaciaires

Les crues glaciaires sont des périodes d'accélération rapide de l'écoulement glaciaire, pendant lesquelles un glacier peut se déplacer à des vitesses de dizaines, voire de centaines de mètres par jour. Les crues sont généralement déclenchées par l'accumulation de la pression de l'eau au lit du glacier, ce qui réduit la friction et permet au glacier de glisser rapidement. Les mécanismes exacts qui déclenchent les crues sont encore à l'étude, mais des facteurs tels que les changements d'approvisionnement en eau, la topographie du lit et l'épaisseur de la glace sont considérés comme jouant un rôle.

L'un des glaciers à crues les mieux documentés est le glacier Variegated en Alaska, qui a connu une crue majeure en 1995 après des décennies de quiescence. La crue a entraîné des changements significatifs dans la géométrie et les schémas d'écoulement du glacier.

Facteurs influençant le mouvement glaciaire

De nombreux facteurs influencent la vitesse et le style du mouvement glaciaire. Ceux-ci incluent :

• Le climat
• La topographie
• La géologie
• La taille et l'épaisseur du glacier

Climat

Le climat est le principal moteur du mouvement glaciaire. Les changements de température et de précipitations affectent le bilan de masse d'un glacier, qui à son tour influence sa vitesse d'écoulement. Des températures plus chaudes entraînent une fonte accrue et une accumulation réduite, ce qui provoque l'amincissement et le recul des glaciers. Inversement, des températures plus fraîches et des précipitations accrues entraînent une accumulation accrue et une avancée des glaciers.

Les effets du changement climatique se font sentir dans le monde entier. Par exemple, les glaciers de l'Himalaya, souvent appelés les "châteaux d'eau de l'Asie", fondent rapidement en raison de la hausse des températures. Cela a des implications importantes pour les ressources en eau et l'agriculture dans la région.

Topographie

La topographie du terrain sur lequel un glacier s'écoule influence son mouvement. Les pentes abruptes favorisent des vitesses d'écoulement plus rapides, tandis que les pentes douces ralentissent l'écoulement. La forme de la vallée ou du bassin dans lequel se trouve un glacier affecte également son schéma d'écoulement. Des rétrécissements dans la vallée peuvent provoquer une accélération du glacier, tandis que des zones plus larges peuvent le faire ralentir.

Considérez le contraste entre un glacier de vallée confiné entre des parois montagneuses abruptes et une calotte glaciaire s'étendant sur une plaine relativement plate. Le glacier de vallée présentera généralement des vitesses d'écoulement plus rapides en raison de la pente plus forte.

Géologie

La géologie du lit glaciaire influence le taux de glissement basal. Un lit lisse et imperméable favorise un glissement plus rapide, tandis qu'un lit rugueux et perméable le ralentit. La présence de sédiments au niveau du lit peut également affecter les taux de glissement, en fonction de leurs propriétés. Par exemple, certains types de sédiments (comme les argiles molles) peuvent se déformer facilement et permettre au glacier de glisser plus aisément.

Taille et épaisseur du glacier

Les glaciers plus grands et plus épais se déplacent généralement plus vite que les glaciers plus petits et plus minces. C'est parce que le poids de la glace augmente la pression sur les cristaux de glace, favorisant la déformation interne, et la pression de l'eau au lit, favorisant le glissement basal.

L'impact du mouvement glaciaire

Le mouvement glaciaire a un impact profond sur le paysage, le climat et les sociétés humaines.

• Évolution du paysage
• Régulation du climat
• Ressources en eau
• Risques naturels

Évolution du paysage

Les glaciers sont de puissants agents d'érosion et de dépôt. En se déplaçant, ils creusent des vallées, sculptent des montagnes et transportent de vastes quantités de sédiments. L'érosion glaciaire crée des formes de relief distinctives telles que :

• Vallées en U
• Cirques (dépressions en forme de bol)
• Arêtes (crêtes acérées)
• Pics pyramidaux (horns)
• Stries (rayures sur la roche mère)

Le dépôt glaciaire crée des formes de relief telles que :

• Moraines (crêtes de sédiments déposées sur les bords du glacier)
• Eskers (crêtes sinueuses de sédiments déposées par les cours d'eau de fonte sous le glacier)
• Kames (monticules de sédiments déposés à la surface du glacier)
• Plaines d'épandage (zones plates de sédiments déposées par les cours d'eau de fonte au-delà du front du glacier)

Les fjords de Norvège sont un exemple classique de vallées en U creusées par les glaciers lors des dernières périodes glaciaires. Les Grands Lacs d'Amérique du Nord ont également été formés par l'érosion glaciaire.

Régulation du climat

Les glaciers jouent un rôle dans la régulation du climat de la Terre. Leurs surfaces claires réfléchissent la lumière du soleil dans l'espace, contribuant à maintenir la planète fraîche. Ils stockent également de grandes quantités d'eau, ce qui peut modérer le débit des cours d'eau et aider à se prémunir contre les sécheresses.

Cependant, à mesure que les glaciers fondent en raison du changement climatique, ils contribuent à l'élévation du niveau de la mer et réduisent la quantité de lumière solaire réfléchie dans l'espace, ce qui peut encore accélérer le réchauffement.

Ressources en eau

Les glaciers sont une source importante d'eau douce pour de nombreuses régions du monde. L'eau de fonte des glaciers fournit de l'eau pour la boisson, l'irrigation et l'hydroélectricité. Cependant, à mesure que les glaciers rétrécissent en raison du changement climatique, la disponibilité de cette eau est menacée.

Dans les montagnes des Andes en Amérique du Sud, de nombreuses communautés dépendent de l'eau de fonte glaciaire pour leur approvisionnement en eau. Le rétrécissement des glaciers dans cette région provoque des pénuries d'eau et des conflits sur les ressources en eau.

Risques naturels

Le mouvement glaciaire peut également présenter des risques naturels. Les crues glaciaires peuvent déclencher des inondations catastrophiques, connues sous le nom de jökulhlaups. Ces inondations peuvent submerger les zones en aval, causant des dommages étendus et des pertes de vies humaines.

Le volcan Grimsvötn en Islande est situé sous la calotte glaciaire du Vatnajökull. Les éruptions du Grimsvötn peuvent faire fondre de grandes quantités de glace, déclenchant des jökulhlaups qui peuvent menacer les infrastructures et les communautés en aval.

Surveillance du mouvement glaciaire

La surveillance du mouvement glaciaire est essentielle pour comprendre la dynamique des glaciers et leur réponse au changement climatique. Plusieurs techniques sont utilisées pour surveiller le mouvement glaciaire, notamment :

• Télédétection par satellite
• Levés au sol
• Mesures GPS
• Photographie en accéléré (time-lapse)

Télédétection par satellite

La télédétection par satellite offre un moyen rentable et efficace de surveiller le mouvement des glaciers sur de grandes surfaces. L'imagerie satellitaire peut être utilisée pour suivre les changements dans l'étendue des glaciers, la vitesse d'écoulement et l'altitude de la surface. Le radar à synthèse d'ouverture interférométrique (InSAR) est une technique particulièrement utile pour mesurer le mouvement glaciaire, car il peut détecter des changements subtils de la surface de la Terre avec une grande précision.

Levés au sol

Les levés au sol impliquent de faire des mesures directes du mouvement glaciaire à l'aide d'instruments d'arpentage tels que des stations totales et des théodolites. Ces mesures peuvent fournir des données très précises sur les vitesses d'écoulement des glaciers et les schémas de déformation. Cependant, les levés au sol sont laborieux et peuvent être difficiles à réaliser dans des environnements éloignés et dangereux.

Mesures GPS

Les mesures GPS (Global Positioning System) offrent un moyen relativement simple et précis de suivre le mouvement glaciaire. Des récepteurs GPS peuvent être placés à la surface du glacier et utilisés pour suivre leur position dans le temps. Les données collectées par les récepteurs GPS peuvent être utilisées pour calculer les vitesses d'écoulement et les taux de déformation du glacier.

Photographie en accéléré

La photographie en accéléré consiste à prendre une série de photographies d'un glacier au fil du temps. En comparant les photographies, il est possible de visualiser le mouvement glaciaire et de suivre les changements dans l'étendue du glacier et les caractéristiques de sa surface. La photographie en accéléré peut être un outil précieux pour sensibiliser le public aux impacts du changement climatique sur les glaciers.

Conclusion

Le mouvement glaciaire est un phénomène complexe et fascinant qui joue un rôle crucial dans le façonnement de notre planète. Comprendre les mécanismes du mouvement glaciaire, les facteurs qui l'influencent et son impact sur le paysage, le climat et les sociétés humaines est essentiel pour relever les défis posés par le changement climatique et gérer durablement les ressources en eau.

Alors que les glaciers continuent de fondre et de reculer en réponse au changement climatique, il est plus important que jamais de surveiller leur mouvement et de comprendre les implications pour l'avenir.

En combinant la recherche scientifique, les avancées technologiques et l'engagement du public, nous pouvons acquérir une compréhension plus profonde du mouvement glaciaire et œuvrer pour un avenir plus durable pour notre planète.

Lectures complémentaires

• Paterson, W. S. B. (1994). *The physics of glaciers* (3e éd.). Butterworth-Heinemann.
• Benn, D. I., & Evans, D. J. A. (2010). *Glaciers & glaciation* (2e éd.). Hodder Education.