UNE PLATEFORME DE GLACE QUI A DE LA MÉMOIRE

Autour de l’Antarctique, la calotte de glace ne s’arrête pas à la côte. Elle s’écoule sur la mer en plateformes flottantes, les plateformes de glace, que l’océan ronge par-dessous. Selon les auteurs, des plateformes amincies peuvent laisser la glace posée derrière elles glisser plus vite vers l’océan, ce qui accroît la montée du niveau de la mer.

Ce qui remplit l’espace sous une plateforme, sa cavité, change tout. Certaines cavités contiennent de l’eau froide, autour de −2 °C (l’eau salée gèle sous 0 °C), fabriquée à la surface de la mer au point de congélation : leur glace fond lentement. D’autres sont envahies par de l’eau chaude profonde, autour de 1 °C, venue du large : là, la fonte est rapide. Une cavité peut-elle basculer du froid au chaud, et revenir ? La question est débattue : certaines études ont trouvé ces bascules définitives, d’autres réversibles.

L’usine à sel devant le front de glace

L’eau froide vient des polynies côtières : des étendues de mer libre, sans banquise, juste devant une plateforme de glace. Les vents poussent la banquise vers le large, l’eau découverte perd sa chaleur au contact de l’air glacial, et de la nouvelle glace de mer s’y forme plus vite que partout ailleurs. En gelant, l’eau de mer abandonne son sel. L’eau de surface s’alourdit et, si le phénomène est assez intense, plonge et brasse l’eau jusqu’au fond : cette convection profonde envoie de l’eau froide dans la cavité.

Une plateforme modèle dans un chenal de 250 kilomètres

Louis Saddier et ses collègues, à Lyon et à Canberra, n’ont modélisé aucune plateforme réelle. Avec le code océanique NEMO, ils en ont construit une idéalisée : un chenal de 250 km de long et 50 km de large, un fond plat à 600 m de profondeur, une plateforme de 100 km à la base droite et inclinée et, au bout, un océan ouvert maintenu à température et salinité fixes. Juste devant la glace, la surface de la mer reçoit du sel, pour imiter une polynie. Ce flux de sel est le bouton principal.

La simplicité fait gagner du temps. À partir d’une cavité chaude, l’équipe a augmenté le flux de sel de 0,005 gramme par mètre carré et par seconde — selon la conversion des auteurs, le sel laissé par environ 5 mètres de glace de mer nouvelle par an — tous les 10 ans, de zéro à 0,075. À partir d’une cavité froide, elle l’a diminué de la même façon. Chaque parcours compte 16 paliers et 160 années simulées. La valeur maximale est volontairement extrême : la polynie la plus active citée par les auteurs, celle du cap Darnley, atteint environ 0,03 (quelque 30 mètres de glace de mer par an).

Même polynie, deux océans possibles

Quand l’eau profonde du large est à 0 °C ou plus froide, la fonte change en douceur, et l’aller suit le même chemin que le retour. À 1 °C ou 2 °C, la cavité bascule brutalement, en quelques années, et les deux chemins ne coïncident plus :

• À 1 °C, une cavité chaude devient froide une fois que le flux de sel atteint environ 0,04. Une cavité froide ne redevient chaude que lorsque le flux retombe à environ 0,02, moitié moins.
• À 2 °C, la bascule vers le froid attend environ 0,06, tandis que le retour se fait toujours vers 0,02. La fenêtre, la plage de flux de sel où les deux états sont possibles, s’élargit.
• Entre les deux, la même polynie peut tenir l’un ou l’autre état, avec une fonte moyenne plusieurs fois plus forte dans l’état chaud. Les physiciens appellent cela la bistabilité ; le fait que le retour diffère de l’aller s’appelle l’hystérésis.

L’eau de fonte qui verrouille la porte

Pourquoi l’océan se souvient-il ? À cause de sa propre eau de fonte. Une cavité chaude fait fondre beaucoup de glace. L’eau de fonte, légère et douce, s’étale près de la surface et empêche l’eau de la polynie de plonger : la cavité reste chaude même quand le sel augmente. Une cavité froide fond peu, la convection s’installe facilement, et elle reste froide même quand le sel diminue.

Cette rétroaction a besoin d’un piège. Dans le modèle, un tourbillon, un courant qui tourne lentement, retient l’eau de fonte devant la glace. Rendez les parois latérales du chenal sans frottement, et ce tourbillon cède la place à un seul grand tourbillon qui emporte l’eau de fonte vers le large : la bascule devient progressive et entièrement réversible. Un océan du large plus fortement stratifié rétrécit aussi la fenêtre, jusqu’à la faire disparaître. Multiplier ou diviser par cinq la viscosité horizontale, un frottement interne que les modélisateurs fixent avec peu de contraintes, rétrécit également la fenêtre. Selon les auteurs, cela pourrait expliquer pourquoi les études précédentes divergeaient.

Surveiller la thermocline, pas la fonte

La bascule a un repère net : la thermocline, la frontière entre la couche froide brassée au-dessus et la couche plus chaude en dessous. La cavité devient froide exactement quand la couche brassée atteint le fond, et redevient chaude quand la thermocline s’en décolle. Avant la bascule vers le froid, la profondeur de la thermocline oscille de plus en plus ; avant le retour vers le chaud, l’eau chaude profonde s’infiltre de plus en plus souvent. Le taux de fonte lui-même n’a donné aucun avertissement utile.

La fonte suit même deux lois : à peu près le carré de l’excès de l’eau du large sur le point de congélation local (−2,33 °C) dans l’état chaud, une simple proportionnalité dans l’état froid. Les formules en carré couramment utilisées pour estimer la fonte à partir des conditions du large ne s’appliquent donc pas toujours.

Ni vent ni vrai fond marin

Le chenal laisse de côté les fosses du fond marin, les vents, le couplage avec la banquise, le rebord du plateau continental et l’eau de fonte des plateformes voisines. Les auteurs notent que des plateformes réelles comme celles de Pine Island, d’Amery et de Filchner ont des tourbillons près de leur front, ce qui pourrait les rendre plus sujettes aux bascules irréversibles. Dans le modèle, des paliers de dix ans ont suffi pour une bascule complète ; combien de temps il faudrait à une vraie cavité, l’étude le laisse ouvert.