Quand l'eau transite sous l'Antarctique

Jeudi, 8 mai 2014

Il y a de l’eau liquide sous la calotte antarctique, et même de véritables lacs qui parfois vidangent toutes leurs eaux. Des glaciologues du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD) ont étudié, à l’aide de données d’altimétrie satellitaire, l'une des plus grandes vidanges enregistrées sous le continent antarctique, celle du lac CookE2 qui s’est produite fin 2007. Ils viennent de mettre en évidence qu’une fois vidangée, l’eau de ce lac avait "cascadé" sous la glace en direction du bord de la calotte en remplissant temporairement toute une série d'autres lacs. Cette étude révèle la forte dynamique du système hydrologique sous-glaciaire de l’Antarctique.

Bien que la présence d’eau liquide sous la calotte antarctique soit connue depuis des décennies, le rôle de cette pellicule liquide fait toujours l’objet d’intenses recherches car l’eau a un effet lubrifiant qui facilite le glissement de la glace sur le socle rocheux et son écoulement vers l’océan. Or, c’est la compréhension de ce mécanisme qui permettra de modéliser les mouvements et donc le devenir des calottes polaires.

Fin 2007, le lac sous-glaciaire CookE2 en Antarctique de l’Est a subi une vidange spectaculaire qui a laissé à la surface de la calotte glaciaire une vraie cicatrice, sous la forme d’une dépression ovale. Récemment, une équipe britannique a utilisé des données altimétriques du satellite européen Cryosat 2 pour mesurer la taille de cette dépression. Ils ont trouvé qu’elle atteignait 70 m de profondeur et couvrait une surface de plus de 200 km2, pour un volume total d’environ 6,4 km3 (soit 2,5 millions de piscines olympiques ou le volume d’eau transporté par la Seine à travers Paris en 8 mois).

Une équipe de glaciologues du LEGOS vient de découvrir qu’un tel volume d’eau s’écoulant sous la calotte glaciaire ne passait pas inaperçu. En effet, l’analyse des données fournies tous les 35 jours par l’altimètre radar du satellite européen Envisat a permis aux chercheurs de détecter l’existence de toute une série de petites bosses situées sur le trajet de l’eau, du lac vers l’aval.
Il semblerait donc qu’en s’écoulant vers l’aval, l’eau vidangée remplisse d’autres cavités sous-glaciaires, y augmentant suffisamment la pression exercée par l’eau sur la glace pour que cette dernière se décolle du socle et se mette à flotter, provoquant un mouvement vertical détectable à la surface de la calotte.
Les chercheurs ont ainsi pu estimer que la vidange du lac CookE2 avait duré environ 2 ans et que cette eau avait également mis environ 2 ans pour atteindre le point le plus aval où sa présence a pu être détectée. Les mesures suggèrent en outre que l'ensemble de l'eau libérée par le lac CookE2 est restée piégée sous la calotte, autrement dit qu’elle n’a pas atteint l’océan, tout du moins jusqu’à présent.

  • Zone d’étude, dans l'Antarctique de l’Est, montrant les lacs sous-glaciaires connus de la région (cercles rouges), les parcours possibles de l’eau de vidange du lac CookE2 (rouge sombre) estimés à l’aide de la topographie du lit rocheux sous la glace, ainsi que les lacs détectés par Envisat (pastilles de couleur) et classés par date estimée d’arrivée de la crue.
  • Coupe schématique de la calotte antarctique montrant la localisation du lac principal (CookE2) et le transfert vers l’aval de l’eau vidangée sous la calotte.


Vue en 3 dimensions de la dépression laissée par la vidange du lac, obtenue en plaquant l’image SPOT5 sur la topographie obtenue par le même instrument (échelle verticale exagérée d’un facteur 50). Pour mesurer le volume vidangé par le lac CookE2, les chercheurs ne pouvaient utiliser les données recueillies par l’altimètre radar d’Envisat dont la résolution(1) spatiale ne permet pas d’observer la dépression. Ils ont donc eu recours à des imageurs stéréoscopiques fonctionnant dans le visible, tel que le capteur HRS à bord du satellite français SPOT5, des instruments utilisés pour la première fois pour ce type de mesure et sur ce type de surface et avec lesquels ils ont pu obtenir des modèles numériques de terrain (MNT)(2) de grande qualité. Ils ont ainsi pu estimer le volume total d’eau vidangée par le lac à environ de 5,2 ± 1,52 km3.

Ces travaux ont permis de révéler le caractère fortement dynamique du système hydrologique sous-glaciaire de l’Antarctique et de démontrer la capacité des imageurs stéréoscopiques fonctionnant dans le visible à fournir d’excellents modèles numériques de terrain pour les grandes étendues plates et blanches de l'Antarctique.

Cette étude soulève au moins autant de questions qu'elle n'en résout. Les vidanges du lac CookE2 sont-elles périodiques ? Depuis 2008, date de fin de la vidange, le centre de la dépression s'est soulevé de plus de 10 m, mais cela est-il dû à l'eau de fonte, à la neige soufflée par le vent ou encore au mouvement de la glace ? Enfin, il reste à déterminer si ce vaste volume d'eau a influencé la dynamique des glaciers alentour lors de son transit sous la glace.

Note(s): 
  1. La zone illuminée par l’altimètre radar d’Envisat couvrant un disque de 10 à 15 km de diamètre au sol, elle contient toujours une partie du bord de la dépression. Or, comme le radar voit le relief le plus élevé de la zone qu’il éclaire, il ne peut jamais voir le fond de la dépression.
  2. Ces modèles numériques de terrain sont des grilles de nombres représentant l’altitude d’un terrain. À partir de paires d’images prises sous deux angles différents, il est possible de reconstituer le relief d’une surface, à condition d’être capable de reconnaitre des points communs aux deux images. Sur une calotte polaire uniformément blanche et assez plate, cette tâche est difficile.
Source(s): 

Flament, T., Berthier, E., and Rémy, F.: Cascading water underneath Wilkes Land, East Antarctic ice sheet, observed using altimetry and digital elevation models, The Cryosphere, 8, 673-687, doi:10.5194/tc-8-673-2014, 2014

Contact(s):
  • Thomas Flament, Université de Leeds
    t [dot] flament [at] leeds [dot] ac [dot] uk

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