Cet été, dans les profondeurs du Groenland, une série de gadgets et de robots de haute technologie seront déployés, à la manière de James Bond, aux points dangereux où les glaciers rencontrent la mer. Leur mission : étudier la fonte des glaces avec des détails inédits.
Les données de l'expédition, financée par l'agence secrète des nouvelles inventions du gouvernement britannique, alimenteront les derniers modèles climatiques. L’idée est de prévoir le moment où la fonte des glaces entraînera l’arrêt des courants océaniques régulateurs du climat, et d’essayer de développer un système d’alerte précoce qui permettrait à l’humanité de savoir quand les glaciers changent de manière alarmante.
Le voyage, lancé le 16 juillet, « résout un déficit de données fondamentales dans l'une des parties les plus importantes du système climatique », explique Hari Vishnu, expert en acoustique des glaces de mer de l'Université nationale de Singapour, qui n'est pas impliqué dans les travaux. « Nous ne pouvons pas modéliser ce que nous ne pouvons pas observer. »
Jusqu’à récemment, une telle mission aurait été impossible. Là où les glaciers du Groenland rencontrent des eaux turbulentes, « des falaises de glace dominent la surface de l'océan – parfois 30 mètres de haut, parfois une centaine – se fracturant, s'effondrant et projetant des icebergs de la taille d'une maison dans le fjord sans aucun avertissement », explique l'océanographe Jonathan Nash de l'université d'État de l'Oregon à Corvallis. Nash est membre du projet, nommé GIANT, pour la calotte glaciaire du Groenland jusqu'aux points de basculement de l'Atlantique suite à la perte de glace.
Sous la surface de la mer, dit Nash, des panaches et des tourbillons chaotiques s'élèvent et tourbillonnent. Il est difficile et dangereux pour les scientifiques de placer les instruments suffisamment près de la zone d'intérêt clé : la couche limite d'une épaisseur de quelques centimètres entre la glace et l'océan.
L’élément de danger, combiné aux défis et à l’ampleur de la collecte simultanée de nombreux types de données différents au-dessus, sur et sous la glace, signifiait que les projets précédents ne pouvaient travailler que sur un seul aspect du problème à la fois, voire pas du tout.
«Nous avons toujours voulu créer un projet capable d'observer et de modéliser simultanément toutes les parties de ce processus», explique Paul Holland, spécialiste des glaces au British Antarctic Survey à Cambridge, en Angleterre. Ainsi, lorsque Holland et ses collègues ont vu un appel à propositions de subventions lancé par l'Agence de recherche avancée et d'invention récemment lancée par le gouvernement britannique, qui soutient des projets à haut risque, ils ont sauté dessus.
Le financement de 20 millions de livres sterling (26 millions de dollars) arrive à un moment où la technologie sans équipage devient suffisamment sophistiquée pour écouter la glace à courte distance, traversant des eaux dangereuses et des roches de glace en ruine sans mettre les chercheurs en danger.
«Nous sommes à un moment où nos outils ont enfin répondu à nos questions», déclare la géophysicienne marine Kelly Hogan du British Antarctic Survey. « Nous pouvons explorer les interactions glacier-océan d’une manière qui était inimaginable il y a quelques années à peine. »
Les modèles climatiques ne'ne tient pas compte des subtilités de la fonte des glaces
À mesure que la Terre se réchauffe, le Groenland perd déjà plusieurs fois plus de glace qu’il y a quelques décennies à peine. Si suffisamment d’eau douce provenant de la fonte des glaces pénétrait dans l’océan, cela pourrait renverser les courants océaniques vitaux. L’une, la circulation méridionale de renversement de l’Atlantique, ou AMOC, transporte les eaux tropicales chaudes vers le nord avant de se refroidir, de couler et de retourner vers le sud. Une interruption de l’AMOC rendrait l’Europe plus froide et plus sèche, et modifierait considérablement les moussons tropicales, affectant l’agriculture et l’approvisionnement alimentaire.
« Si l'AMOC est une marmite de soupe chaude et salée, parfaitement aromatisée, alors c'est comme ajouter de l'eau froide du robinet dans la marmite. Les icebergs du Groenland ruinent la soupe », explique Kristin Poinar, spécialiste des sciences de la Terre de l'Université de Buffalo à New York, qui n'est pas impliquée dans l'expédition. « L'AMOC dépend de l'eau océanique dense et salée pour couler, et trop d'eau douce provenant des icebergs ralentira ou arrêtera ce processus. »
De multiples éléments de preuve suggèrent que l’AMOC est déjà en train de s’affaiblir. L’arrêt effectif du courant et ses impacts s’étaleraient sur des décennies, voire des siècles, même s’il reste encore beaucoup d’incertitude.
Cela s'explique en partie par le fait que les modèles climatiques ont jusqu'à présent traité la fonte des glaces comme un processus simple : l'eau chaude arrive, la chaleur est transférée et la glace fond. Ils ne tiennent pas compte de la complexité physique de l'environnement, où d'immenses glaciers rencontrent des mers agitées.
L’une de ces nuances concerne les minuscules bulles d’air anciennes emprisonnées dans la glace des glaciers qui sont libérées lors de la fonte puis s’élèvent le long de la face de la glace. Ils peuvent intensifier le mélange de la couche glace-océan et entraîner davantage de transfert de chaleur. Mais ils ont été impossibles à observer et donc à compléter les modèles existants. Bien que les bulles soient petites, dit Nash, elles pourraient avoir des implications « considérables » sur les projections d’élévation du niveau de la mer lorsqu’elles sont multipliées sur des centaines de glaciers.
Le transfert de chaleur par de telles bulles peut également être l’un des nombreux facteurs tout aussi petits mais importants dans les événements de vêlage d’icebergs – lorsque des morceaux de glace se détachent au bord d’un glacier ou d’une plate-forme de glace et tombent dans la mer. Les glaciers rejettent de nombreux icebergs dans l'océan certaines années et moins d'autres, un phénomène que les données de la mission devraient aider à expliquer, explique Poinar. Les observations à l’échelle millimétrique prévues par l’expédition de phénomènes tels que les bulles, dit-elle, seront « comme observer une fissure se former dans un pare-brise avant qu’il ne se brise ».
Les observations alimenteront un modèle climatique appelé UK Earth System Model. Il s'agit « déjà d'un très bon modèle climatique, et il est sur le point de s'améliorer encore », dit Poinar. Le voyage « lui apportera une mise à niveau immédiate, grâce à de toutes nouvelles données provenant de certains des endroits les plus rares de la planète ».
Une flottille de robots remplira les détails
La mission déploiera une flotte de sous-marins, de robots, de drones et de capteurs depuis un vaisseau mère, le Royal Research Ship. Sir David Attenboroughqui est lui-même un laboratoire flottant. Le navire passera une grande partie des mois de juillet et août près des glaciers escarpés du fjord de Kangerlussuaq, dans le sud-est du Groenland. L'été prochain, des mesures auront lieu sur le glacier Petermann, au nord-ouest du Groenland.
De nombreux robots sont testés sur le terrain et peaufinés en permanence pour les faire fonctionner comme espéré, dit Holland, donc « la réalité est peut-être plus expérimentale que ce que l'on pourrait voir dans [James Bond] films. »
Le navire lancera des drones volants robustes pour étudier la glace d’en haut, à une distance plus proche que celle des données satellite que l’équipe obtient déjà. Les drones sont conçus pour rester en vol lorsque le temps devient hostile ou lorsque l’accès au sol s’effondre.
L'hélicoptère du navire larguera de petits capteurs pour mesurer les changements à la surface des glaciers, un terrain naturellement piégé par des crevasses et des courants de glace. Les capteurs sont essentiellement un GPS dans un javelot. Les javelots s'enfoncent dans la glace à une extrémité et suivent le mouvement de la glace à mesure que le glacier fond, tout en transmettant des données aux chercheurs depuis l'antenne située à l'extrémité située au-dessus de la glace.
Un bateau robotique de surface conçu pour éviter les icebergs scannera les glaciers avec un sonar pour suivre en permanence les changements du taux de fonte. Ses données seront complétées par deux types de robots marins mesurant seulement environ 1 à 5 mètres de long. Ils plongeront à des centaines de mètres sous la surface pour cartographier la fonte des glaciers submergés.
De même, un sous-marin sans équipage (surnommé avec humour Boaty McBoatfacele nom très recherché par les internautes pour le vaisseau-mère) plongera sous la glace semi-fondue pour cartographier sa géométrie et son impact sur le comportement des glaciers.
Pendant ce temps, un autre véhicule sous-marin se faufilera derrière les lignes ennemies, pour ainsi dire. Il est mince, avec seulement 23 centimètres de diamètre, il passera donc à travers un trou percé dans la glace pour observer la calotte glaciaire du dessous. Il sera personnalisé avec des capteurs capables d’explorer les conditions sous les plates-formes de glace.
Enfin, l'un des minuscules sous-marins transportera des capteurs qui se vissent dans la falaise de glace, entre 50 et 100 mètres sous le niveau de la mer. Ceux-ci mesureront la température, les turbulences et les taux de fusion en temps réel, se vissant périodiquement plus profondément pour suivre le rythme de la face d'ablation. Ceux-ci enregistreront la manière dont les minuscules bulles d’air affectent le transfert de chaleur entre le réchauffement de l’océan et la fonte des glaces.
L’équipe utilise également des algorithmes d’IA pour déterminer où déployer ces gadgets afin de collecter au mieux les données. L’IA fusionnera les données existantes pour créer une carte de différentes variables telles que la température et les chutes de neige, et l’équipe utilisera ensuite « l’incertitude de ces cartes pour trouver nos angles morts », comme le dit Nash.
L’espoir est que ces données plus réalistes produiront des modèles climatiques capables d’indiquer aux scientifiques avec plus de confiance pourquoi et quand la fonte des glaces aura lieu. Selon Nash, cela pourrait conduire à « des prédictions pertinentes pour la prise de décision dont les sociétés naviguant dans un océan en montée auront un besoin urgent ».
Après tout, même si l’organisation criminelle déjouée par James Bond, Spectre, est fictive, le spectre du changement climatique est terriblement réel.
