Le soulèvement rapide du substrat rocheux sous l’Antarctique de l’Ouest pourrait aider à prévenir son effondrement, d’après une nouvelle étude. La Terre s’élèverait dans cette région à un rythme exceptionnellement élevé, car la fonte glaciaire enlève une partie du poids imposant du continent. Certaines régions de la croûte terrestre augmentent en raison du rebond post-glaciaire, mais en utilisant des données GPS, des chercheurs ont constaté que l’Antarctique de l’Ouest se soulevait plus encore rapidement qu’ailleurs. La mission gravitationnelle GOCE de l’ESA les a aidés à comprendre que le manteau situé en dessous était exceptionnellement fluide.

La partie marine de l’Antarctique de l’Ouest, dans l’embouchure de la mer d’Amundsen, représente un quart de la contribution de la cryosphère à l’élévation globale du niveau de la mer et serait menacée d’une fonte inexorable, d’après de récentes études. De nouvelles données montrent en outre que les pertes de glace de l’Antarctique ont triplé depuis 2012.

Antarctique (source : Landsat Image Mosaic of Antarctica team – NASA)

Mais une toute nouvelle étude parue dans Science montre que le soulèvement naturel du sol – en réponse à cette fonte de la glace -pourrait aider à stabiliser la calotte. Il est bien connu que la croûte terrestre peut être comprimée par le poids de la glace et que lorsque la glace disparaît, le sol se soulève. Mais quel est le timing ? La réponse de la roche-mère à la perte de masse de glace, ce que les scientifiques appellent « ajustement isostatique glaciaire », était censée se produire sur une échelle de temps de 10 000 ans. De nouvelles mesures GPS montrent un soulèvement beaucoup plus rapide, à un rythme de 41 millimètres par an.

La viscosité du manteau situé en dessous serait ainsi beaucoup plus faible que la moyenne mondiale, ce qui raccourcit l’échelle de temps de réponse de l’ajustement isostatique. Précisons au passage que la découverte nécessite une révision à la hausse des pertes de glace estimées à partir des données de gravité de 10%. Mais elle augmente surtout la stabilité potentielle de l’Antarctique de l’Ouest contre un effondrement catastrophique.

L’Antarctique, vu en utilisant Google Earth, et une coupe pour montrer l’intérieur de la terre, où le manteau (rouge et rouge foncé) et le noyau (jaune) sont visibles. L’embouchure de la mer Amundsen est indiquée par le rectangle rouge. Sur la droite, une photo révèle l’un des sites GPS de l’étude. Crédit: VR. Barletta, DTU Space à l’Université technique du Danemark / Google Earth / Terry Wilson, Université d’État de l’Ohio.

Les résultats sont donc plutôt positifs pour cette partie du continent blanc, que les scientifiques pensaient auparavant être condamnée à cause des effets du changement climatique.

Les scientifiques d’Ohio State University ont utilisé une série de six stations GPS (faisant partie du réseau POLENET-ANET) attachées au substrat rocheux autour de l’embouchure de la mer d’Amundsen pour mesurer son augmentation en réponse à l’amincissement de la glace. Le «taux de soulèvement» a été mesuré jusqu’à 41 millimètres par an. A titre de comparaison, des endroits comme l’Islande et l’Alaska qui ont ce que l’on considère des taux de soulèvement rapide, sont généralement mesurés à +20 à +30 millimètres par an.

Le taux de soulèvement de l’Antarctique a surpris les auteurs de l’étude. Et ça pourrait aller de plus en plus vite. Les chercheurs estiment que dans 100 ans, les taux de soulèvement sur les sites GPS seront 2,5 à 3,5 fois plus rapides que ceux observés actuellement.

Bien que des études de modélisation aient montré que le soulèvement du substrat rocheux pouvait théoriquement protéger l’Antarctique de l’Ouest d’un effondrement, on croyait que le processus prendrait trop de temps pour compenser la montée des eaux.

Les chercheurs pensaient donc auparavant que le soulèvement se produirait sur des milliers d’années à un rythme très lent, pas assez rapide en tout cas pour stabiliser la calotte glaciaire.  D’après une étude parue dans la revue Nature le 13 juin 2018, le recul des masses de glace de l’Antarctique occidental après la dernière période glaciaire s’est inversé de façon spectaculaire il y a environ 10 000 ans. Le réchauffement après la dernière période glaciaire a précipité le déclin des masses de glace de l’Antarctique occidental. Celui-ci a reculé de plus de 1000 kilomètres à l’intérieur des terres sur une période de 1000 ans dans une grande partie de la région. Au lieu de s’effondrer totalement, la couche de glace a de nouveau progressé de 400 kilomètres, ce qui constitue une stabilisation auto-induite. Notons qu’il a quand même fallu jusqu’à 10 000 ans pour que cette marche en avant se produise.

Antarctique de l’Ouest : l’extension maximale de la calotte glaciaire est indiquée en vert, l’extension minimale en rouge il y a 10 000 ans et la ligne d’échouage moderne après le rebond en orange. Fig .: Albrecht / PIK.

Soulagée du poids de la glace, la croûte terrestre s’est soulevée et a déclenché une nouvelle marche en avant de la calotte glaciaire. Mais ce mécanisme fut lent. Dans le contexte actuel, on aurait pu penser que seules des réductions rapides des émissions de gaz à effet de serre pourraient contrecarrer la fonte glaciaire…. L’étude parue dans Science pointe cependant la possibilité d’un soulèvement beaucoup plus rapide.

Cette  montée rapide du substrat rocheux dans cette partie de l’Antarctique suggère que la géologie sous l’Antarctique est différente de ce que les scientifiques croyaient jusqu’à présent.

Sous la couche supérieure solide de la Terre se trouve une couche de roche plus chaude et plus fluide appelée le manteau. La croûte rocheuse dure de la Terre repose sur le manteau. La couche du manteau, qui a une épaisseur de 2900 km environ, est relativement molle et se comporte comme un fluide visqueux qui permet à la croûte, lorsqu’elle est chargée de poids de glace épaisse, de pousser vers le bas.

Le soulèvement rapide autour de l’embouchure de la mer d’Amundsen suggère que le manteau dans cette zone est plus chaud et plus fluide que prévu.

Les modélisations menées par les scientifiques ont montré que les résultats GPS d’aujourd’hui s’expliquent mieux avec un manteau à faible viscosité. Cela signifierait que le substrat rocheux réagit plus rapidement lorsque le poids de la glace est enlevé, confirmant résultats du GPS.

L’Antarctique occidental joue un rôle clé dans l’élévation du niveau de la mer et certains scientifiques suggèrent que l’Antarctique de l’Ouest pourrait avoir passé un point de basculement dans lequel la perte de glace ne peut plus être stoppée. Car le problème est qu’une grande partie de cette zone de l’Antarctique est sous le niveau de la mer. De l’eau océanique relativement chaude s’écoule sous le fond de la calotte glaciaire, amincissant et déplaçant la ligne d’échouage, là où l’eau, la glace et la terre solide se rencontrent, plus à l’intérieur des terres.

Plateforme de glace exposée au réchauffement de l’océan telle qu’on en trouve en Antarctique de l’Ouest (Source : Kelvinsong)

D’après une étude parue en avril 2018, les lignes d’échouage de l’Antarctique de l’Ouest sont bel et bien soumises à rude épreuve depuis ces dernières années. Cela a été confirmé par les données du satellite CryoSat-2 de l’Agence spatiale européenne.  Les lignes d’échouage ont reculé à un rythme extrêmement rapide dans huit des 65 plus grands glaciers de la calotte antarctique. Depuis la dernière période glaciaire, le recul était d’environ 25 mètres par an. Le retrait de la ligne d’échouage sur ces glaciers est cinq fois plus important aujourd’hui. Entre 2010 et 2016, 10,7% des lignes d’échouage de l’antarctique ont reculé plus vite que 25 mètres par an.

Les chercheurs ont identifié d’importances différences régionales : le recul des lignes d’échouage concerne 9,5% de la péninsule antarctique, 21,7% de l’Antarctique de l’Ouest (dont 59,4% dans le secteur de la mer d’Amundsen) et seulement 3,3% de l’Antarctique de l’Est.

Ce processus pouvait donc sembler inexorable… Sauf à prendre en compte une réaction comme l’ajustement isostatique glaciaire qui pourrait ralentir ou même l’arrêter ?

Outre le soulèvement au niveau des points d’ancrage, un autre effet important est l’abaissement du niveau de la mer autour du continent. Les calottes glace massives élèvent le niveau de la mer située à proximité. Mais au fur et à mesure que la glace s’amenuise, l’attraction gravitationnelle diminue et le niveau de la mer près de la côte diminue.

L’abaissement du niveau de la mer, la montée des points d’ancrage et la diminution de la pente intérieure due au soulèvement du substrat rocheux sont autant de rétroactions qui peuvent stabiliser la couche de glace.

Les résultats de cette étude estiment que le substrat rocheux de la ligne d’échouage du glacier de Pine Island, dans l’Antarctique de l’Ouest,  aura augmenté d’environ 8 mètres en 100 ans. Selon de nombreux modèles climatiques réalistes, cela devrait suffire à stabiliser la couche de glace. Mais seulement dans des scénarios modérés d’émissions de gaz à effet de serre. Un réchauffement extrême laisserait peu de chances à l’ajustement isostatique de protéger l’inlandsis.

Quoi qu’il en soit, il y a d’autres facteurs qui menacent l’Antarctique et qui ne seraient pas contrecarrés par le soulèvement. Une modélisation récente de la calotte antarctique, développée par Robert DeConto et David Pollard indique en effet que les réserves de glace du continent pourraient être déstabilisées à l’avenir par deux facteurs : l’hydrofracturation et l’effondrement des falaises.

Le processus appelé hydrofracturation est impliqué dans la désintégration de la plateforme glaciaire de Larsen B en 2002 dans la péninsule antarctique. Aujourd’hui, les températures estivales approchent voire dépassent légèrement 0°C à la surface de certaines plateformes. Il ne suffirait que d’un petit réchauffement atmosphérique pour augmenter considérablement la surface concernée par la fonte et les précipitations d’été. Les plateformes peuvent être déstabilisées par le dessus en raison des infiltrations à l’origine de crevasses.

Cette fonte des plateformes laisse de larges pans de la côte antarctique avec des falaises de près de 100 mètres de haut exposées à l’océan et susceptibles de s’écrouler. Une fonte totale des plateformes favorisée par le réchauffement de surface placerait ces falaises en première ligne avec un risque accru d’effondrement.

L’interaction entre l’hydrofracturation et l’effondrement des falaises de glace pourrait entraîner un niveau global de la mer beaucoup plus élevé qu’annoncé dans le rapport d’évaluation 2013 du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC).

Aujourd’hui, la fonte des plateformes de glace de l’Antarctique est principalement due au contact avec l’eau chaude. Mais d’après DeConto et Pollard, dans les scénarios les plus pessimistes d’émissions de gaz à effet de serre, le réchauffement atmosphérique devrait supplanter l’océan comme le facteur dominant de la débâcle.

Cette photo montre le front de glace de Venable Ice Shelf, Antarctique occidental, en octobre 2008. Crédit d’image: NASA / JPL-Caltech / UC Irvine.

Les chercheurs font des progrès, mais ne savent toujours pas exactement quand ces processus pourraient se déclencher ni à quelle vitesse le niveau de la mer pourrait augmenter en réponse. Les plateformes de glace sont la clé. Elles retiennent le flux de glace de l’Antarctique vers l’océan. C’est pourquoi il est essentiel de contrôler les températures à l’échelle mondiale et de ne pas dépasser le seuil de 3°C.

Des périodes chaudes antérieures marquées par un niveau de la mer nettement supérieur à celui d’aujourd’hui – jusqu’à 20 mètres –laissent penser que la calotte glaciaire de l’Antarctique a dû être un acteur majeur de l’élévation. Il y a environ 3 millions d’années, le niveau de la mer était de 20 mètres supérieur au niveau actuel avec une concentration de CO2 d’environ 400 ppm, comme  au début du 21è siècle.

Le GIEC a estimé dans son précédent rapport que l’élévation du niveau de la mer dans un avenir à forte émission se situerait probablement entre 60 centimètres et 1 mètre d’ici 2100. L’instabilité des falaises pourrait conduire au-delà de 2 mètres dès 2100. En revanche, cette instabilité n’aura pas beaucoup d’effet si nous atteignons l’objectif d’émissions de l’Accord de Paris. Ce dernier permettrait de contenir la hausse mondiale probable entre 30 et 90 centimètres.