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Comprendre comment la calotte glaciaire de l’Antarctique réagira au changement climatique anthropique n’est pas un problème simple, mais des projections précises sont nécessaires pour aider les sociétés à se préparer à des impacts tels que la montée du niveau de la mer. Pour cela, il faut savoir quelles zones de l’Antarctique se retireront, ainsi que la durée et les taux de changement, ce qui nécessite à son tour une intégration des connaissances en matière d’observation et de modélisation de toutes les disciplines scientifiques liées au système terrestre. Un article récent publié dans Reviews of Geophysics a compilé ces informations, y compris les interactions de la calotte glaciaire de l’Antarctique avec l’atmosphère et l’océan, la réponse de la Terre solide aux changements de la masse de glace, et les enregistrements des changements passés de la glace et de l’océan.

Quel rôle joue la calotte glaciaire de l’Antarctique dans le système climatique mondial ?

La calotte glaciaire de l’Antarctique fait partie intégrante du système climatique de la Terre. Elle amplifie les petites variations de l’énergie reçue du Soleil, modifie le climat par ses influences sur le niveau global de la mer et les changements du cycle du carbone, et régit d’importantes rétroactions à travers l’atmosphère, l’océan et la Terre solide.

Comment les calottes glaciaires modifient et interagissent avec le climat. Crédit : redessiné à partir de Wallmann et al.

Par exemple, au bord du continent blanc où la glace et l’océan se rencontrent, plusieurs interactions climatiques importantes se produisent. Notamment, l’océan de surface gèle de façon saisonnière pour produire de la glace de mer, ce qui affecte la réflectivité de la planète, soutient les principaux écosystèmes de l’océan Austral et – selon des facteurs tels que la forme du plateau continental et l’emplacement des icebergs échoués – affecte la formation de l’eau de fond de l’Antarctique qui oxygène l’océan profond mondial et entraîne la circulation de retournement mondiale.

L’inlandsis répond également aux changements climatiques, par exemple par le transfert de chaleur de l’océan Austral vers le bord de la glace qui entraîne la fonte de la glace et le vêlage des icebergs. L’impact ultérieur de l’eau de fonte et des icebergs sur l’océan Austral modifie la circulation océanique et les systèmes biologiques, ainsi que le niveau global de la mer.

Comment l’inlandsis antarctique réagit-il au forçage climatique anthropique actuel ?

La perte de glace continentale de l’Antarctique s’est accélérée au cours des deux dernières décennies, en particulier de l’Antarctique occidental, qui détient un potentiel d’élévation du niveau de la mer d’environ cinq mètres. Les régions les plus vulnérables comprennent les principaux glaciers de sortie de l’Antarctique occidental (tels que Pine Island et Thwaites) et la péninsule antarctique, où la fonte a été entraînée par des changements dans les modèles de circulation atmosphérique et océanique.

L’Antarctique occidental est particulièrement sensible à l’augmentation de la température de l’océan, car la glace échouée se trouve dans des bassins de faible altitude, à des milliers de mètres sous le niveau de la mer. Comme la glace réagit relativement lentement par rapport aux changements de température atmosphérique, la réponse actuelle au changement climatique anthropique établit un engagement à long terme pour l’élévation du niveau de la mer de ce secteur de l’Antarctique, bien que des questions subsistent quant au moment et à l’ampleur éventuelle de la future perte de glace.

L’Antarctique oriental contient également d’importants bassins de faible altitude vulnérables au forçage océanique. Ces bassins détiennent un potentiel d’élévation du niveau de la mer d’environ 20 mètres. La fonte récente de certains bassins de l’Antarctique oriental sous l’effet de l’océan a été contrebalancée par une augmentation des chutes de neige dans d’autres secteurs, et le rôle de la variabilité climatique complique les projections de perte de masse.

Le comportement de la calotte glaciaire de l’Antarctique en réponse aux changements climatiques passés est-il révélateur de la façon dont elle pourrait réagir aux changements climatiques futurs ?

Oui. Les enregistrements de la façon dont la calotte glaciaire a réagi aux changements climatiques passés peuvent donner un aperçu des processus critiques impliqués dans le changement de la calotte glaciaire de l’Antarctique et l’élévation du niveau de la mer associée. Par exemple, ils ont été utilisés pour améliorer la façon dont les processus physiques sont représentés dans les modèles d’inlandsis qui simulent le retrait.

Le taux de changement climatique actuel est beaucoup plus élevé que celui observé dans les périodes passées de forçage climatique naturel. Cependant, les événements passés d’élévation rapide du niveau de la mer étaient généralement caractérisés par des taux allant jusqu’à 1,4 mètre par siècle (2 σ) (Grant et al. ; Grant et al. ), ce qui est plus élevé que l’estimation de la 5e évaluation du GIEC de 2013 pour l’élévation du niveau de la mer mondial d’ici 2100. Cela suggère que les taux projetés d’élévation du niveau de la mer dus au forçage climatique anthropique pourraient nécessiter un ajustement à la hausse.

La clé pour accroître la confiance dans les prédictions du comportement futur de l’Antarctique est la représentation précise de la physique et des processus glaciaires dans les modèles de calotte glaciaire, qui est informée par les réponses contemporaines et passées de la calotte glaciaire.

Il est également important que l’histoire de la masse de glace à long terme soit contrainte car elle révèle comment la terre solide réagit sous la couche de glace, ce qui peut soit amortir soit amplifier la réponse de la couche de glace au changement climatique.

Iceberg près de la baie de Vincennes, Antarctique de l’Est. Le réchauffement climatique peut accélérer l’hydrofracturation et le vêlage des icebergs, ce qui peut avoir un impact sur la stabilité de la calotte glaciaire de l’Antarctique. Crédit : Felicity McCormack

Est-il possible d’estimer avec précision l’ampleur de la variation du niveau mondial de la mer due à l’inlandsis antarctique ?

Les estimations précises de l’ampleur de l’élévation du niveau de la mer à laquelle nous pouvons nous attendre suite à la fonte de l’inlandsis antarctique dépendent de notre compréhension des processus physiques qui entraînent la perte de l’inlandsis, du taux et de l’ampleur du forçage climatique (c’est-à-dire,

Il existe des défis techniques et informatiques spécifiques pour saisir les processus dynamiques et les interactions entre la glace, l’océan et la terre solide avec une résolution spatiale et temporelle suffisamment fine sur l’ensemble du continent. Les études de modélisation des cinq dernières années ont produit des estimations de la contribution de l’Antarctique à l’élévation du niveau de la mer au cours du siècle à venir qui vont de 0,15 mètre à 0,4 mètre et même 1 mètre.

Cette fourchette révèle des différences dans le moment de l’effondrement de la plate-forme glaciaire, la physique sous-jacente à ces processus et le forçage climatique appliqué à la plate-forme glaciaire, et souligne la nécessité de réduire l’incertitude des estimations du niveau de la mer paléo utilisées pour accorder les projections des modèles.

Un autre facteur à prendre en compte lors de la planification de la future élévation du niveau de la mer est que l’eau de fonte de l’Antarctique ne sera pas répartie uniformément sur la surface de la Terre. L’élévation du niveau de la mer sera très régionale, en fonction de l’endroit où la perte de glace se produit en Antarctique, et des effets associés à la gravité, à la rotation de la Terre et à la réponse globale de la Terre solide.

Quelles ont été certaines des avancées récentes les plus significatives dans notre compréhension des processus et du comportement de l’inlandsis de l’Antarctique ?

Le vol du projet ICECAP (Investigating the Cryospheric Evolution of the Central Antarctic Plate) au-dessus de la plate-forme glaciaire de Totten, en Antarctique oriental. Les études aérogéophysiques de la calotte glaciaire, telles qu’entreprises par ICECAP, peuvent nous éclairer sur la façon dont la calotte glaciaire évolue en réponse à la variabilité et aux changements climatiques. Crédit : Felicity McCormack

La modélisation et l’observation de la réponse de la croûte terrestre et du manteau supérieur aux changements de la masse glaciaire ont fait des progrès considérables. Cela a grandement contribué à notre compréhension du bilan de masse actuel des calottes glaciaires et à l’explication des différences spatiales dans le retrait des glaciers au cours de la dernière déglaciation.

En outre, un mécanisme visant à ralentir le retrait des lignes de fond, en particulier dans les régions de l’Antarctique occidental où la lithosphère peut s’ajuster rapidement, a été soutenu par de nouvelles observations de la structure interne de la Terre avec des échelles de temps de réponse décennales-centennales rapides, et l’incorporation de modèles tridimensionnels plus réalistes de la structure de la Terre sous l’Antarctique.

De nouvelles observations du comportement de l’Antarctique au cours des périodes passées de réchauffement climatique à partir d’enregistrements marins et de carottes de glace à haute résolution temporelle révèlent que la calotte glaciaire peut répondre rapidement et de façon spectaculaire au forçage océanique et atmosphérique sur des échelles de temps courtes (centennales).

Ces enregistrements donnent un aperçu des interactions entre le système glace-océan-atmosphère et des rétroactions des eaux de fonte sur l’océan Austral. D’autres éléments indiquent la sensibilité des parties de l’Antarctique oriental basées sur la mer à un forçage climatique plus faible par rapport au changement climatique actuel, pendant la dernière période interglaciaire et les interglaciaires précédents avec un réchauffement de 1 à 2 degrés Celsius.

Quelles sont les questions non résolues pour lesquelles des recherches, des données ou des modélisations supplémentaires sont nécessaires ?

L’une des principales questions est : À quelle vitesse la calotte glaciaire de l’Antarctique fondra-t-elle à l’avenir ? La réponse repose sur le développement de modèles couplés qui capturent avec précision les interactions entre les systèmes terrestres.

Les observations aideront à informer sur les tendances climatiques actuelles et passées – y compris la détection et l’attribution de la variabilité et du changement climatique – la vérification de la base de la représentation du modèle des processus dynamiques de la glace, et les interactions entre les systèmes terrestres.

Pour aborder ce problème, nous avons besoin de données bathymétriques à haute résolution autour des plates-formes de glace de l’Antarctique, de mesures continues de l’état des océans, d’estimations améliorées des contributions passées à l’élévation du niveau de la mer provenant de différents secteurs de la couche de glace, de modèles capables de saisir les interactions entre les plates-formes de glace et les océans, et de l’évolution de ces systèmes dans le temps.

En termes plus spécifiques, la compréhension du changement de l’Antarctique dépend d’une compréhension détaillée des changements de masse dans l’Antarctique de l’Est, et de la façon dont ils évolueront en raison du réchauffement climatique. Il existe de grandes variations dans les observations du bilan de masse dans l’Antarctique oriental, certaines zones gagnant de la masse et d’autres en perdant. Cependant, la détection et l’attribution des changements sont difficiles car il y a de grandes incertitudes dans les estimations du bilan de masse en raison de la rareté des observations nécessaires pour caractériser la variabilité et les tendances, et du faible rapport signal/bruit (faibles précipitations).

Les autres questions qui restent ouvertes sont : Quel est l’impact des eaux de fonte de l’Antarctique sur le climat ? Quelles sont les rétroactions associées à la libération des eaux de fonte de l’Antarctique sur la stratification dans la partie supérieure de l’océan Austral, la glace de mer et l’accumulation de chaleur dans l’océan de subsurface, ainsi que sur la circulation de retournement de l’océan Austral et la réponse plus large des écosystèmes ? Quels sont les points de basculement pour une perte de masse de glace rapide et irréversible ? Quelles sont les rétroactions couplées entre la calotte glaciaire et les autres systèmes terrestres (océan, atmosphère, terre solide) qui peuvent renforcer ou réduire la perte de masse de glace ? Et comment le rebondissement de la Terre solide modifiera-t-il les échelles de temps du retrait glaciaire ? Enfin, la représentation physique de l’écoulement de la glace dans les modèles repose sur la connaissance de l’environnement basal, qui est difficile à observer et entraîne des incertitudes supplémentaires, par exemple sur le rôle de l’hydrologie sous-glaciaire dans la modification de la dynamique de la glace.

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