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La glace sur Terre - La cryosphère

Glace de mer

Glace de mer (Michal Balada, iStockphoto)

Glace de mer

Glace de mer (Michal Balada, iStockphoto)

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre ce qu’est la cryosphère et quelles sont les répercussions du changement climatique sur celle-ci.

Toute l’eau sur Terre n’existe pas sous forme liquide. Une grande partie de l’eau de la Terre existe sous sa forme solide. Le terme qui décrit toute l’eau solide sur Terre est la cryosphère. La cryosphère comprend la glace des lacs et des rivières, la glace de mer, la couverture neigeuse, les glaciers, les calottes glaciaires, les nappes glaciaires et l’eau gelée dans le sol, appelée pergélisol.

Overview of the cryosphere
Vue d’ensemble de la cryosphère (Parlons sciences utilise une image de VectorMine via iStockphoto).
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L’image montre une infographie qui présente les différentes parties de la cryosphère.
La terre est représentée en gris, l’eau en bleu, la neige et la glace en blanc. Sur le côté gauche se trouvent des montagnes. Sur leurs sommets, on voit des calottes glaciaires. Dans la vallée entre les sommets des montagnes, on voit un glacier. Sous la surface de certaines parties de la terre se trouve une zone identifiée comme le pergélisol. De la glace recouvre un petit lac. Au milieu de l’image, on voit un océan avec une baleine. À la surface de l’océan se trouve une masse de glace plane identifiée comme de la glace de mer, et un morceau de glace dentelé identifié comme un iceberg. À droite de l’océan, on voit une grande nappe glaciaire qui repose sur la terre. Une partie de la nappe glaciaire s’étend sur la surface de l’océan. Celle-ci est identifiée comme une plateforme glaciaire. De la neige tombe et s’accumule sur les calottes glaciaires et la nappe glaciaire.

La majeure partie de la cryosphère est située dans les régions polaires. Plus on va vers le nord, plus il y a de la glace. Toutes les régions du Canada font partie de la cryosphère d’une manière ou d’une autre.

The Earth’s cryosphere. Note that Antarctica is on the left and the Arctic is around the middle of this map
La cryosphère de la Terre. Note que l’Antarctique se trouve dans la partie gauche et l’Arctique au milieu de cette carte (Source : Parlons sciences utilise une image de Hugo Ahlenius [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons).
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L’image est une carte de la Terre du projet Fuller qui montre l’emplacement de la neige, de la glace de mer, des plateformes de glace, des nappes glaciaires, des glaciers, des calottes glaciaires et du pergélisol.
L’Antarctique est recouvert de nappes glaciaires et est entouré de plateformes glaciaires et de glace de mer avec quelques glaciers. Quelques glaciers sont également identifiés le long de la côte Ouest de l’Amérique du Sud. Le Nord de l’Arctique est principalement constitué de glace de mer et le Groenland est recouvert d’une nappe glaciaire. En allant plus au sud en Amérique du Nord, en Europe et en Asie, on passe d’un pergélisol continuellement gelé à un pergélisol discontinu, puis à un pergélisol isolé dans les parties septentrionales du Canada. Le Sud du Canada et la partie nordique des États-Unis sont marqués comme ayant de la neige. Il en est de même en Europe et en Asie. Autour des grandes chaînes de montagnes, comme les Rocheuses dans l’Ouest du Canada, on trouve des glaciers et des calottes glaciaires.

Examinons maintenant les différentes parties de la cryosphère.

Les masses de glace

Les glaciers

Les glaciers sont des masses de glace qui ont souvent des centaines ou des milliers d’années. Un glacier se forme par l’accumulation de neige. Les glaciers constituent la plus grande source d’eau douce. Ils sont aussi la deuxième plus grande source d’eau totale dans le monde, juste après les océans.

Au départ, les glaciers sont constitués de grandes quantités de neige accumulées pendant de nombreuses années. La neige a fondu et a regelé à plusieurs reprises. Cela entraîne la formation de granulés de glace appelés névé. Au fil des ans, les couches de névé se resserrent les unes contre les autres au cours d’un processus appelé compactage (en anglais). Le névé se transforme progressivement en glace glacière.

Formation de la glace glacière
Formation de la glace glacière (Parlons sciences, inspiré d’une image de Marshak S. 2015. Earth: Portrait of a Planet. Ed. 5. W.W. Norton, Inc. Chapitre 22. Via Geoedu.weebly.com utilisant les images par loops7 via iStockphoto et ulimi via iStockphoto).
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L’image est une infographie identifiant les couches d’un glacier ainsi que la neige et la glace qui le forment.
La couche supérieure d’un glacier est constituée de neige poudreuse. Il s’agit d’une couche assez épaisse du glacier. La neige poudreuse contient environ 90 % d’air. En dessous, on trouve la neige granuleuse. Il s’agit d’une neige qui est plus étroitement compactée. C’est une couche plus mince du glacier. La neige granuleuse contient environ 50 % d’air.
En dessous, on trouve une couche de névé. Le névé est un type de granules de glace. L’épaisseur de la couche de névé est similaire à celle de la couche de neige poudreuse. Le névé contient environ de 20 à 30 % d’air.
Sous cette couche, à environ 250 mètres sous la surface, se trouve une couche de glace à grains fins. Cette glace a environ 10 000 ans et constitue une couche assez épaisse. Cette couche renferme de nombreuses petites bulles et fissures. Elle contient moins de 20 % d’air.
La couche inférieure, à environ 2 000 mètres, est une couche de glace à gros grains. Cette glace est âgée d’environ 130 000 ans. Il y a moins de bulles et de fissures dans cette couche. Celle-ci contient moins de 20 % d’air.

 

Sur Terre, 99 % de la glace glaciaire est contenue dans de vastes couches de glace dans les régions polaires, appelées glaciers continentaux.Toutefois, on trouve aussi des glaciers dans les chaînes de montagnes sur tous les continents. On les appelle les glaciers alpins.

Tout comprendre sur : les glaciers ( 2019) par Nat Geo France (3 min 50 s)

Les nappes glaciaires

Les nappes glaciaires sont d’énormes masses de glace glacière d’une superficie d’au moins 50 000 kilomètres carrés. Au cours de la dernière ère glaciaire, également appelée période glaciaire, une nappe glaciaire désignée sous le nom d’inlandsis laurentidien recouvrait une grande partie de l’Amérique du Nord. Aujourd’hui, les seules calottes glaciaires sur Terre se trouvent en Antarctique et au Groenland. Dans la vidéo ci-dessous, tu peux voir l’évolution de la nappe glaciaire qui recouvrait autrefois une partie beaucoup plus importante des continents. Elle montre également une vision de l’avenir de la cryosphère si nous cessons d’émettre du dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’ici 2100.

Blue Marble 3000 (2011) par InITzhaw (2 min 18 s)

La nappe glaciaire de l’Antarctique est la plus grande masse de glace sur Terre. Elle couvre une superficie de près de 14 millions de km2 et a un volume de 30 millions de km3 de glace. Environ 90 % de l’eau douce de la surface de la Terre se trouve dans cette couche de glace. Si elle fondait entièrement, le niveau des mers s’élèverait de plus de 60 mètres!

L'évolution de la fonte en arctique de 1984 à 2019 (2019) par Futura (2 min 12 s)

 

La nappe glaciaire du Groenland recouvre environ 82 % de la surface du Groenland. Si cette nappe glaciaire fondait, le niveau des mers s’élèverait de 7,2 mètres. Cette nappe glaciaire fond à un rythme d’environ 239 kilomètres carrés par an.

Greenland Ice Sheet
Nappe glaciaire du Groenland (Parlons sciences utilise une image du Goddard Space Flight Center de la NASA [CC BY] via Wikimedia Commons).
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Cette image satellite en couleur montre le Groenland, le Nord de l’Arctique et l’océan Atlantique. Le Groenland est un grand relief en forme de cerf-volant recouvert d’une nappe glaciaire blanche située dans la partie centrale droite de l’image. On peut voir la glace de mer entourant la partie nord du Groenland, et l’océan ouvert au sud du Groenland. Cet océan est l’océan Atlantique.

 

Les calottes glaciaires, les champs de glace et les plateformes glaciaires

Les couches de glace d’une superficie inférieure à 50 000 kilomètres carrés sont appelées calottes glaciaires et champs de glace.Les calottes glaciaires peuvent se présenter sous plusieurs formes, mais elles se retrouvent très souvent au sommet des montagnes. C’est pourquoi on les appelle aussi glaciers de sommet. La forme des champs de glace varie en fonction d’où ils se trouvent.

La photo ci-dessous montre le champ de glace Heiltskuk en Colombie-Britannique. C’est un champ de glace recouvert de neige. Ce champ de glace accueille aussi deux glaciers de vallée. Les glaciers de vallée sont des glaciers alpins situés dans des vallées qui s’étendent hors du champ de glace. Sur l’image, tu peux voir le glacier Silverthrone et le glacier Klinaklini. Les longues lignes foncées qui s’étendent entre les glaciers sont des moraines. Les moraines sont des accumulations de sédiments et de terre transportés par les glaciers en mouvement.

Le champ de glace d’Heiltskuk en Colombie-Britannique
Le champ de glace d’Heiltskuk en Colombie-Britannique. Cette photographie a été prise par un astronaute! (Source : Parlons sciences utilise une image de la NASA Earth Observatory via Wikimedia Commons.)
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Voici une photo satellite en noir et blanc qui montre le champ de glace d’Heiltskuk en Colombie-Britannique. Le mont Silverthrone se trouve dans la région supérieure gauche de la photo. Il a plusieurs sommets pointus recouverts en grande partie de neige. Deux glaciers ressemblent à des rivières grisâtres qui sortent de la montagne. Le glacier Klinaklini est celui qui semble partir du haut à gauche vers le bas. Le glacier Silverthrone rejoint ce glacier au centre gauche. Entre les glaciers, tu peux voir des lignes sombres parallèles. Ce sont des moraines.

Le mouvement des glaciers

En raison de la pression exercée par les couches de glace supérieures, les couches de glace inférieures d’un glacier changent de forme. Cela leur permet de se déplacer lentement, comme un fluide épais. Un glacier peut se déplacer sur le sol ou même sur une pente si de la nouvelle neige est déposée à sa base. La fonte de la glace sous un glacier peut également entraîner son déplacement sur le sol.

Les glaciers qui se déplacent plus rapidement que les autres parties d’une nappe glaciaire sont appelées des courants glaciaires. Ces courants glaciaires peuvent aller encore plus vite lorsque de l’eau coule en dessous d’eux. En Antarctique, la plupart de la glace et des sédiments qui finissent dans l’océan y sont transportés par des courants glaciaires.

NASA: Full Map of Antarctic Ice Flow (2011) par NASA ( 1 min 24 s)

Lorsqu’un glacier se déplace, il tend à accumuler des pierres, des rochers et du gravier. Cet amas de débris rocheux est connu sous le nom de till (ou moraine). Au cours de son passage sur la terre, le glacier s’use ou érode le substrat rocheux et emporte les débris. Le mouvement des glaciers et l’érosion qu’ils provoquent peuvent vraiment changer un paysage!

Par exemple, avant qu’un glacier ne la traverse, une vallée tend à avoir une forme en « V » résultant de l’érosion par l’eau. Après le passage d’un glacier, la vallée devient plus profonde et plus large, ce qui lui donne une forme en « U ». Lorsque les glaciers se retirent en fondant, ils laissent derrière eux des moraines constitués principalement de till, une roche sédimentaire formée par compaction.

Glacier valley formation animation

Animation de la formation d’une vallée glaciaire (Source : Cecilia Bernal [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).

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Voici un GIF animé de la formation d’une vallée glaciaire. Au départ, la vallée a une forme en V avec une petite rivière qui coule au centre. La neige commence à tomber et à s’accumuler progressivement sur les côtés et au fond de la vallée. Lorsque le glacier devient suffisamment grand, il commence à glisser sur les côtés de la vallée et le long de son centre. Le mouvement du glacier creuse le fond de la vallée, ce qui la rend plus profonde. La vallée prend alors la forme d’un « U ». La neige et la glace finissent par fondre et le glacier recule dans la direction d’où il est venu. Il laisse derrière lui des rochers et forme un lac là où il y avait auparavant une rivière.

Les glaciers qui se terminent dans l’océan portent le nom de glaciers de marée. Au Canada, on trouve des glaciers de marée sur l’île de Baffin et l’île d’Ellesmere. Lorsqu’un glacier atteint l’océan, les couches supérieures deviennent fragiles et forment souvent de profondes fissures appelées crevasses. Lorsque les crevasses traversent la glace de part en part, des morceaux peuvent se détacher. C’est ce qu’on appelle le vêlage. Il existe différents noms pour les différents types de morceaux de glace. Les plus connus sont les icebergs. Ce sont des morceaux de glace qui mesurent plus de 15 mètres de long. Les icebergs peuvent également se détacher des plateformes glaciaires, qui sont des zones de glace flottante, souvent situées en bordure d’une nappe glaciaire.

Comme la plupart des morceaux de glace se détachent au-dessus du niveau de la mer, leur effondrement dans l’eau crée des splash spectaculaires. Certaines personnes parcourent le monde pour voir de telles scènes!

Hubbard Glacier Calving (2014) par Discover the world ( 1 min 15 s)

Les icebergs 

Un iceberg est un gros morceau de glace d’eau douce qui s’est détachée d’un glacier ou d’une plateforme glaciaire et qui flotte librement en pleine mer. Comme la densité de la glace correspond à environ 90 % de celle de l’eau liquide, on ne voit qu’environ 10 % d’un iceberg au-dessus de la surface. C’est pourquoi les gens utilisent souvent l’expression « la pointe de l’iceberg ». Ce que tu voies au-dessus de l’eau n’est qu’une petite fraction de l’ensemble de l’iceberg.

Photo mash-up showing what an iceberg could look like
Photographie composite montrant à quoi pourrait ressembler un iceberg (Source : Uwe Kils (iceberg) et User:Wiska Bodo (ciel) via Wikimedia Commons).
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Voici un montage photo en couleur d’un iceberg dans l’océan. Au-dessus de la surface, on peut voir une petite quantité de glace bleue. La majeure partie de l’iceberg, environ 90 %, est visible sous la surface de l’eau. La glace est bleue et blanche, et l’eau de l’océan est bleu foncé.

 

Les icebergs ont généralement une hauteur de 1 à 75 mètres au-dessus du niveau de la mer. Ils tendent à peser entre 100 000 et 200 000 tonnes métriques. Le plus gros iceberg enregistré s’est détaché de la plateforme glaciaire de Ronne, en Antarctique, en mai 2021. Le morceau avait la taille de l'île-du-Prince-Édouard!

A-76 Iceberg calving

Iceberg A-76 se brisant au large de l’Antarctique (Source : Agence spatiale européenne via Wikimedia Commons).

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Voici un GIF animé de l’iceberg A-76 qui se détache de la plateforme glaciaire de Ronne en Antarctique et se retrouve dans la mer de Weddell. Le GIF est réalisé à partir d’une série de photos satellites en noir et blanc.
La mer de Weddell se trouve dans la moitié supérieure de l’image. Elle est de couleur gris foncé. Quelques formes de vagues sont visibles. Dans la moitié inférieure de l’image se trouve la plateforme glaciaire de Ronne. Elle est de couleur gris pâle et semble être très plane. Au début de l’animation, il y a une mince crevasse dans la plateforme glaciaire à environ un quart de la distance du bord supérieur sur le côté gauche. La crevasse s’élargit rapidement, puis la glace commence à s’éloigner du côté gauche de la plateforme glaciaire principale. Cela finit par briser le morceau. Le nouvel iceberg fait environ les trois quarts de la largeur de la plateforme glaciaire. À la fin de l’animation, le nouvel iceberg flotte librement. Le texte identifie l’iceberg comme étant le A-76 ayant une superficie de 4 320 kilomètres carrés.

La glace de mer

Contrairement aux icebergs, qui sont constitués de glace d’eau douce, la glace de mer ( aussi appelée banquise) est constituée d’eau de mer gelée. La glace de mer couvre environ 7 % de l’océan, mais représente moins d’un centième de la glace de la planète en volume. Cela s’explique par le fait qu’elle est beaucoup plus mince que la glace des glaciers et des calottes glaciaires.

La glace de mer peut être classée selon qu’elle est reliée ou non à un rivage ou qu’elle flotte librement. Si elle est rattachée à la terre, on l’appelle glace de rive ou glace fixe. Si elle peut dériver librement, on l’appelle glace dérivante (ou glace flottante). Les morceaux individuels de glace en dérive qui mesurent 20 mètres ou plus sont appelés radeaux glaciels (ou floes).

La cryosphère et le changement climatique

La cryosphère, comme les océans, joue un rôle important dans les systèmes climatiques mondiaux. L’importance de ce rôle dépend de la durée pendant laquelle elle reste gelée. La glace des lacs et des rivières et une grande partie de la couverture neigeuse ne durent qu’une saison avant de fondre. Certaines glaces de mer peuvent rester gelées pendant plusieurs années, tandis que la glace des glaciers et des calottes glaciaires peut rester gelée pendant 10 à 100 000 ans, voire plus. Certaines glaces, profondes dans la partie orientale de l’Antarctique, auraient près d’un million d’années! 

Le gel et le dégel saisonniers de la glace ont un effet considérable sur la régulation des températures océaniques. Les variations de température de l’océan sont un facteur important de la création des courants océaniques. Les courants océaniques influent sur les conditions atmosphériques et le climat.

Le savais-tu ?

Un mètre de couverture de glace réduit de cent l’échange de chaleur entre la Terre et l’atmosphère.

L’albédo est une autre façon dont la glace influe sur le climat. Il s’agit d’un terme scientifique utilisé pour décrire la façon dont une surface réfléchit l’énergie, telle que la chaleur et la lumière. La glace a un albédo important. Cela signifie qu’elle reflète une grande partie de l’énergie du soleil. Les océans ont un faible albédo. Cela signifie qu’ils absorbent, plutôt qu’ils ne reflètent, le rayonnement du soleil. C’est un problème car plus la glace fond, plus l’océan absorbe d’énergie. Et plus les océans se réchauffent, plus la glace fond. C’est ce qu’on appelle la boucle de rétroaction glace-albédo. Il s’agit d’une boucle de rétroaction positive, car le résultat de la fonte de la glace fait fondre encore plus de glace.

Albédo sur diverses surfaces comme les océans, les forêts et la glace
Albédo sur diverses surfaces comme les océans, les forêts et la glace.(Parlons sciences utilise une image par grivina via iStockphoto).
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Au centre de l’image se trouve une scène avec des pics montagneux, une colline enneigée, une forêt avec une maison, des roches exposées, un verger, un glacier descendant vers l’océan et un océan avec des icebergs. Des nuages planent juste au-dessus de la scène, et de la neige tombe. Les valeurs d’albédo correspondantes y sont indiquées de la plus élevée à la plus faible.

Un autre rôle important de la glace est de servir de congélateur pour stocker des informations sur le passé de la Terre. La paléoclimatologie est la science qui étudie le climat du passé de la planète. Les paléoclimatologues étudient la matière piégée dans la glace ou le sol pour comprendre les événements terrestres qui se sont produits au fil du temps. Par exemple, les scientifiques ont utilisé les données de la paléoclimatologie pour déterminer que d’énormes volcans sont entrés en éruption et ont provoqué les périodes glaciaires de la Terre. Les scientifiques peuvent même étudier les gaz produits il y a des milliers d’années en analysant ce que renferment les bulles piégées dans la glace.

Pour recueillir leurs échantillons, les paléoclimatologues prélèvent des échantillons cylindriques qu’on appelle des carottes. Tu peux en apprendre davantage sur ce processus dans la vidéo ci-dessous.

Climats du passé : la carotte (2020) par CEA Recherche (6 min 43 s)

Les bulles d’air piégées dans la glace contiennent du dioxyde de carbone (CO2). Cela fait de la glace un puits de carbone. Cela signifie que la glace piège et empêche le CO2 d’être libéré dans l’atmosphère. Les bulles peuvent également contenir du méthane. Le méthane est un gaz à effet de serre qui absorbe 25 fois plus de chaleur que le CO2. Cela en fait un facteur important du changement climatique.

Lorsque la glace polaire et le pergélisol fondent, les bulles libèrent leurs gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Il s’agit d’une autre boucle de rétroaction positive. Plus les gaz à effet de serre réchauffent l’atmosphère, plus la glace fond, libérant davantage de gaz à effet de serre. En fait, un scientifique a estimé que les gaz libérés par la fonte des glaces équivalent à ceux que les humains ont libérés dans le même laps de temps, ce qui double l’effet!

La fonte des glaces modifie radicalement les écosystèmes des animaux polaires et des animaux migrateurs qui se nourrissent dans les régions polaires. Nombre de ces animaux, comme les ours polaires, ont de plus en plus de mal à trouver de la nourriture.

Lorsque leur nourriture habituelle se fait rare, les animaux se rapprochent parfois des peuplements humains. Dans le cas des ours polaires, cela peut conduire à des rencontres dangereuses.

Polar bears near a dump in the Arctic
Ours polaires près d’une décharge dans l’Arctique (Source : zanskar via iStockphoto)
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Voici une photo en couleur d’un ours polaire adulte et d’un jeune ours polaire marchant près d’une décharge. Les ours polaires marchent de droite à gauche sur une zone de gravier brunâtre près d’un plan d’eau ouvert. À droite se trouve un gros tas d’objets métalliques rouillés. À gauche, on voit de nombreux sacs à rebuts blancs scellés.

 

Non seulement la perte de glace peut modifier le comportement des animaux, mais elle peut aussi signifier que les communautés nordiques qui chassent ces animaux risquent de perdre une importante source de nourriture. Ces communautés devront peut-être adapter leurs pratiques traditionnelles, comme la chasse, aux paysages changeants. Par exemple, la fonte rapide des glaciers et des nappes glaciaires augmente les risques pour ceux qui se déplacent sur des terres glacées.

Un autre effet de la fonte des glaces est l’augmentation du niveau de la mer. Ce résultat du changement climatique est particulièrement ressenti par les communautés côtières qui perdent leurs terres au profit de la mer. Pour certaines personnes vivant sur des îles, cela peut signifier la perte de leurs maisons (en anglais) à mesure que les îles disparaissent sous l’eau. Les personnes qui ont perdu leurs maisons à cause du changement climatique sont désormais connues sous le nom de réfugiés climatiques ou de migrants environnementaux. 

Où que l’on vive sur Terre, depuis les pôles jusqu’à l’équateur, il est impossible d’échapper à l’influence de la cryosphère.

En savoir plus

Les glaciers et les banquises
Cet article d'Alloprof explique les différences entre les glaciers et les banquises et où on les trouve.

Glaciers au Canada | l'Encyclopédie Canadienne
Cet article de l'encyclopédie canadienne explique ce qu'est un glacier et comment il se forme.

Les glaciers
Cette vidéo youtube (5 min 14 s) de Brightblue décrit où se trouvent les glaciers dans le monde, comment ils se forment et comment ils se déplacent sur terre ou sur l'eau.

Réchauffement climatique : la fonte des glaciers continue à vitesse accélérée
Cette vidéo youtube (1 min 44 s) de France 24 explique pourquoi les glaciers fondent si vite et pourquoi cela est dangereux pour notre planète.

 

Références

National Snow & Ice Data Center (n.d.). Quick Facts on Ice Sheets.

Roger Williams University (n.d.). Ice. Introduction to Oceanography. Retrieved from https://rwu.pressbooks.pub/webboceanography/chapter/chapter-14-ice/