Étudier les chutes de neige en Antarctique pour mieux préserver la calotte glaciaire

Une nouvelle méthode d’étude météorologique de l’Antarctique, non pas depuis la Terre mais depuis l’espace, révèle un phénomène qui pourrait aider à déterminer la vitesse de fonte de la calotte glaciaire dans notre monde en réchauffement.

L’étude, publiée le mardi 2 mars dans la revue Geophysical Research Letters, se penche sur les « rivières atmosphériques », ces immenses bandes de vapeur d’eau qui se forment au-dessus des océans tropicaux et subtropicaux, qui chevauchent les vents encerclant notre planète et qui déversent parfois de grandes quantités de pluie et de neige sur leur passage. Une des rivières atmosphériques les plus connues est le Pineapple Express. Elle est responsable de la majeure partie de la distribution d’eau de la côte Ouest des États-Unis.

Grâce aux données récoltées de la mission Ice, Cloud, and Land Elevation Satellite-2 (ICESat-2) de la NASA lancée en orbite fin octobre 2018, une équipe de chercheurs a pu découvrir que les rivières atmosphériques jouaient un rôle majeur dans les précipitations, de neige en particulier, survenues en 2019 au sein de l’Antarctique occidentale. Ces importantes chutes ont contribué à la reconstitution de la matière que la calotte glaciaire perd à vue d’œil. Compte tenu du réchauffement des eaux, qui devrait engendrer l’apparition de rivières atmosphériques plus grandes et plus résistantes le long des côtes antarctiques, l’étude pointe du doigt un processus trop peu étudié et encore mal compris, qui pourrait néanmoins aider à ralentir la fonte de la calotte glaciaire. En revanche, il est également possible que ce phénomène l’accélère, en fonction des périodes auxquelles de produisent les tempêtes.

« Dès les premiers mois [de récupération] des données en provenance de [ICESat-2], nous avons observé de fortes augmentation des chutes de neige » qui coïncidaient avec la présence de rivières atmosphériques dans cette région, explique l’auteur principal de l’étude Susheel Adusumili, en préparation d’un doctorat à l’Institut océanographique Scripps de l’Université de Californie. « Ça a été une véritable surprise. »

DÉCELER LES TEMPÊTES DE NEIGE DEPUIS L'ESPACE

L’antarctique perd plus de 100 milliards de tonnes de glace chaque année suite à la fonte des glaciers et à la chute de grands icebergs. La semaine dernière, un iceberg atteignant plus de cinq fois la taille de Marseille s’est détaché de la banquise de l’Antarctique.

Ces chutes de glace s’accélèrent en raison de la montée des eaux chaudes et profondes qui entraînent la fonte de la banquise du continent de glace par le dessous. C’est ce réchauffement qui accélère la chute des glaciers de la banquise, phénomène qui sera probablement aggravé par le changement climatique. En outre, des milliards de tonnes de neige se déversent chaque année sur l’Antarctique. Cette neige fraîche se retrouve ensuite ensevelie et compactée, formant ainsi de la nouvelle glace qui contribuera à la compensation des pertes engendrées par les océans.

La lutte acharnée entre la fonte des glaces et sa reconstitution déterminera la vitesse à laquelle la calotte glaciaire de l’Antarctique, la plus étendue au monde, se rétracte. Elle indiquera également l’ampleur de la montée des eaux. Toutefois, il est particulièrement difficile de mesurer le taux des chutes de neige en Antarctique, puisqu’il n’existe que trop peu de stations météorologiques ou d’observation dans cette région du globe.

Aujourd’hui, les chercheurs commencent à pallier ces manques météorologiques grâce à ICESat-2. Ce satellite en orbite polaire mesure la hauteur des calottes glaciaires de la Terre avec une résolution jamais atteinte auparavant, dont la précision atteint l’ordre de la largeur d’un crayon. Il envoie des impulsions de lumière laser en direction de la surface terrestre et chronomètre le temps que prennent les photons individuels à revenir jusqu’au satellite.

Puisque le satellite suit toujours les mêmes trajectoires au-dessus des calottes glaciaires de notre planète chaque mois, si la hauteur de la glace change au sein d’une région en particulier à cause d’une forte tempête de neige ou au contraire, d’une fonte, ICESat-2 le détectera.

« Grâce à ICESat-2, dont la précision est extrêmement haute, nous avons pensé qu’il serait intéressant de mesurer les changements notables qui surviennent au cours des chutes de neige », déclare M. Adusumilli.

Pour leur nouvelle étude, M. Adusumilli et ses collègues ont passé en revue certaines des plus anciennes données recueillies par le satellite ICESat-2, entre avril 2019 et juin 2020. Au cours de cette période, les chercheurs ont constaté une forte augmentation de la hauteur de la banquise occidentale de l’Antarctique entre mai et octobre 2019, c’est-à-dire pendant l’hiver. Grâce à une méthode de modélisation appelée Reanalysis qui permet de simuler des rétrospectives de phénomènes météorologiques passés, ils se sont aperçus que 41 % de ces augmentations étaient dues à des précipitations brèves mais intenses. Parfois, il était question d’une augmentation de 2,4 mètres.

Environ 63 % de ces évènements extrêmes pourraient être liés à la présence de rivières atmosphériques au-dessus du continent. Les chercheurs différencient ces dernières des autres tempêtes en raison de leur fort taux d’humidité. D’après Meredith Fish, chercheuse postdoctorale à l’Université Rutgers et co-auteure de l’étude, contrairement aux rivières atmosphériques qui touchent la côte Ouest des États-Unis et qui se forment au niveau des tropiques proches d’Hawaï, celles qui frappent l’Antarctique naissent au nord de l’océan Austral qui borde le continent.

Seule une poignée d’études se sont penchées sur les rivières atmosphériques qui frappent l’Antarctique. Une analyse de données menée en 2014 en provenance d’une station météorologique a démontré que les rivières atmosphériques avaient déversé de fortes quantités de neige en Antarctique de l’Est entre 2009 et 2011. Une autre étude a quant à elle déduit quel était l’impact des rivières atmosphériques sur la fonte des neiges en Antarctique de l’Ouest grâce à l’élaboration de modèles. Les rivières atmosphériques peuvent faire fondre la neige et la glace si les précipitations qu’elles provoquent se transforment en pluie, mais aussi parce que les nuages bas qu’elles génèrent absorbent et réverbèrent la chaleur de la surface terrestre.

Dans cette nouvelle étude, la forte activité fluviale détectée au sein des rivières atmosphériques renforce l’idée que ce phénomène météorologique constitue un sujet de recherche important pour les chercheurs de l’Antarctique.

« L’Antarctique, c’est un désert, et comme tous les déserts du globe, il est en proie aux précipitations extrêmes », explique Jonathan Wille, chercheur postdoctoral à l’Université Grenoble Alpes et directeur de la précédente étude sur la fonte des glaces causée par les rivières atmosphériques en Antarctique occidentale. « Tout comme les rivières atmosphériques peuvent provoquer des inondations au sein des déserts non polaires, cette étude montre comment ces mêmes rivières peuvent causer de fortes et rapides accumulations de neige en dehors des schémas habituels. »

Des recherches à paraître menées par M. Wille et ses collègues ont démontré que les rivières atmosphériques étaient la cause principale des épisodes de précipitation extrême dans l’est de l’Antarctique. Dans l’ensemble, Jonathan Wille affirme qu’à ce jour, les données récoltées suggèrent que les rivières atmosphériques constituent un phénomène « tout à fait positif » pour l’Antarctique, favorisent le regain de masse de la calotte glaciaire et permettent de compenser les pertes de glace causées par les océans.

L'IMPACT DU CHANGEMENT CLIMATIQUE

Toutefois, ces paramètres risquent de changer. Les modèles climatiques suggèrent que les rivières atmosphériques qui frappent l’Antarctique pourraient s’étendre, en taille et en durée, à mesure que la planète se réchauffe. Le rythme de ces tempêtes à venir pourrait bien déterminer leurs effets sur la calotte glaciaire.

Bien que la plupart des rivières atmosphériques étudiées aient été observées en hiver, entraînant des accumulations neigeuses, les auteurs de l’étude ont également détecté ces phénomènes en été. La potentielle fonte de la surface de la banquise coïncide avec 90 % de ces tempêtes estivales. Les auteurs pensent qu’elles seraient induites par un réchauffement local causé par la présence de nuages, et non par la pluie. « Les impacts [de ces rivières atmosphériques] diffèrent selon la saison, hiver ou été, déclare Meredith Fish. Ce que l’on ne sait pas, c’est quel est l'impact qui sera le plus important, puisque ces phénomènes acheminent à la fois de la chaleur et de l’humidité en Antarctique. Est-ce qu’ils provoqueront une fonte plus importante et s’ajouteront à l’hydrofracturation de la banquise ? Ou bien est-ce qu’ils apporteront de nouvelles chutes de neiges extrêmes » qui renforceront la masse de la calotte glaciaire ?

Pour en savoir plus, « nous avons besoin de davantage de mesures de haute précision », assure Irina Gorodetskaya. Elle est chercheuse au Center for Environmental and Marine Studies de l’Université d’Aveiro au Portugal et elle a été la première à établir un lien entre les chutes de neige extrêmes et les rivières atmosphériques au sein de l’Antarctique de l’Est.

C’est pour cette raison que M. Adusumilli et ses collègues poursuivent les analyses des données de ICESat-2. Selon des résultats qui n’ont pas été encore publiés, ils ont remarqué une « forte influence de la part des rivières atmosphériques » sur les chutes de neiges enregistrées en 2020, similaires à celles de 2019, indique le chercheur. À terme, les scientifiques espèrent assembler une image en haute résolution des tempêtes de neige et des rivières atmosphériques de toute l’Antarctique, qui seront utiles pour les modélisateurs afin d’améliorer leurs prédictions.

« Ce nouvel ensemble de données nous fournit un moyen formidable pour surveiller ces évènements causés par les rivières atmosphériques. Il constitue aussi un bon outil de mesure des chutes de neige, qui représentent le paramètre le plus difficile à observer sur la calotte glaciaire », conclut M. Adusumilli.

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.