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Glacier Est du Groenland

Glacier dans l’est du Groenland. Crédit: © Hannes Grobe

Les modèles de calottes glaciaires sont un outil essentiel pour faire des prédictions concernant l’avenir des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique. Néanmoins, ces modèles présentent encore un certain nombre de faiblesses. Dans une comparaison de modèles internationaux, 14 groupes de recherche ont fourni à leurs modèles de calotte glaciaire les mêmes données atmosphériques et océaniques, et ont calculé les quantités supplémentaires d’élévation du niveau de la mer que le Groenland et l’Antarctique apporteraient d’ici 2100. Pour le Groenland, les résultats sont cohérents : si les niveaux d’émissions de gaz à effet de serre restent tout aussi élevés, l’île finira par perdre tellement de glace qu’elle ajoutera 9 centimètres à l’élévation globale du niveau de la mer. En ce qui concerne l’Antarctique, cependant, les résultats des modèles varient considérablement. Certains prévoient une élévation supplémentaire du niveau de la mer jusqu’à 30 centimètres; d’autres demandent que l’augmentation soit nettement moindre. Les résultats de la comparaison seront publiés aujourd’hui dans un numéro spécial de la revue en ligne The Cryosphère.

Aujourd’hui, dans de nombreux secteurs scientifiques et industriels, les simulations informatiques sont un outil de recherche standard. Cependant, comparés aux spécialistes de la mécanique des fluides ou aux ingénieurs en mécanique, les modélisateurs de calottes glaciaires ont particulièrement de mal à développer des modèles informatiques réalistes de leur sujet de recherche, pour deux raisons. D’une part, s’ils ont besoin de mesurer ou de confirmer des paramètres importants à l’aide d’une calotte glaciaire réelle, ils ne peuvent naturellement reproduire aucun des processus représentés dans leurs simulations informatiques en laboratoire. Pour un autre, certains paramètres clés sont toujours manquants. Par exemple, nous ne savons encore pratiquement rien sur la façon dont la surface terrestre du Groenland et de l’Antarctique affecte le glissement et l’écoulement des masses de glace, ou sur la chaleur de l’eau sous les langues de glace flottantes dans l’Antarctique. Si les modélisateurs de calottes glaciaires ont besoin de vérifier la qualité de leur modèle, leur seule option est de le comparer directement avec d’autres modèles.

Melt Water River Russell Glacier

Une rivière d’eau de fonte à la surface du glacier Russell. Crédits: Coen Hofstede

Il y a six ans, des experts de 36 instituts de recherche ont commencé une comparaison approfondie de leurs simulations pour les calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique, et ont calculé (pour deux scénarios climatiques différents) dans quelle mesure la fonte des nappes affecterait l’élévation du niveau de la mer à partir de 2015. à 2100. Les modèles de calotte glaciaire ont été fournis avec des données atmosphériques et océaniques produites par des modèles climatiques sélectionnés de la phase 5 du projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP5), à savoir les modèles climatiques utilisés pour préparer le cinquième rapport d’évaluation du GIEC.

Les modèles du Groenland sous-estiment les effets du changement climatique

En ce qui concerne l’avenir de la calotte glaciaire du Groenland, tous les modèles sont d’accord: elle continuera à perdre de la masse, contribuant à l’élévation mondiale du niveau de la mer. Si le monde croît de 4,3 degrés Celsius plus chaud d’ici 2100 (scénario RCP8.5), ces modèles de calotte glaciaire projettent une élévation supplémentaire du niveau de la mer d’env. 9 centimètres. Si le réchauffement est moins sévère (scénario RCP2.6), la hausse supplémentaire sera d’environ env. 3,2 centimètres.

Glacier du magasin de la rivière Melt Water

Une rivière d’eau de fonte sur la surface du glacier Store. Crédits: Coen Hofstede

«Les 14 modèles de calotte glaciaire comparés correspondent à nos dernières observations, qui indiquent que l’inlandsis du Groenland perd de plus en plus de glace, en particulier sur les marges», déclare le Dr Martin Rückamp, ​​glaciologue et modélisateur de calotte glaciaire de l’Institut Alfred Wegener, Helmholtz Centre de recherche polaire et marine (AWI) à Bremerhaven qui a participé à l’étude. «Mais vu plus largement, les pertes de masse prévues par les modèles pour la période allant de 2015 à aujourd’hui sont bien en deçà des pertes réellement observées. Pour le dire simplement: les modèles de calotte glaciaire du Groenland sous-estiment les changements actuels de la calotte glaciaire dus au changement climatique. »

Dans un monde plus chaud, les masses de glace en Antarctique oriental vont augmenter

En ce qui concerne l’Antarctique, les résultats des modèles sont beaucoup plus variés. Si les émissions de gaz à effet de serre restent constamment élevées (RCP8.5), ils prédisent que l’Antarctique contribuera de -7,8 à 30,0 centimètres à l’élévation mondiale du niveau de la mer. Ce que le symbole moins indique: certains modèles prévoient une baisse significative de la contribution de l’Antarctique à l’élévation du niveau de la mer, même si la superficie et le volume de glace dans l’Antarctique diminuent. «Ces simulations montrent que, dans un monde plus chaud, il y aurait tellement de chutes de neige en Antarctique oriental que la nouvelle glace formée là-bas l’emporterait sur la glace perdue à cause du réchauffement de l’eau de mer dans l’ouest de l’Antarctique», explique le modélisateur de calottes glaciaire de l’AWI, le Dr Thomas Kleiner. , qui a également participé à l’étude.

Fourcade Glacier Potter Cove

Le glacier de Fourcade à Potter Cove. Crédits: Anders Torstensson

Pour l’Antarctique occidental, les modèles prédisent des pertes de glace qui entraîneraient une élévation supplémentaire du niveau de la mer jusqu’à 18,0 centimètres d’ici 2100. Cependant, si nous parvenions à atteindre les objectifs de l’Accord de Paris et à limiter le réchauffement climatique bien en dessous de 2 degrés Celsius ( RCP2.6), les pertes de glace en Antarctique seraient nettement moindres, produisant une élévation supplémentaire du niveau de la mer comprise entre -1,4 et 15,5 centimètres.

Comment interpréter ces résultats? «Au cours des 40 dernières années, nous avons observé une nette tendance à la baisse en Antarctique. La calotte glaciaire perd de plus en plus de glace, en particulier en Antarctique occidental, où nos modèles prévoyaient également des pertes importantes de glace. Cela étant dit, l’accélération des glaciers simulés dans les modèles était beaucoup moins prononcée que ce que nous avons réellement observé », déclare la professeure Angelika Humbert, co-auteur de l’étude et responsable du groupe de modélisation des glaces de l’AWI. De plus, les experts voient des indications selon lesquelles les modèles surestiment la croissance future des glaces en Antarctique oriental. «Si nos soupçons s’avèrent vrais, cela signifiera également que les modèles sous-estiment à quel point l’Antarctique dans son ensemble contribuera à l’élévation future du niveau de la mer», souligne-t-elle.

Plus de confiance, mais des incertitudes demeurent

Par rapport aux études antérieures, le projet ISMIP6 a fait des progrès significatifs. «Le spectre des résultats produits par les modèles est désormais plus petit. En conséquence, nous pouvons avoir plus confiance dans leurs projections », déclare Thomas Kleiner. Dans le même temps, cependant, la comparaison a révélé certaines faiblesses conceptuelles. Un exemple: pour les simulations antarctiques, les effets de l’océan sur les plates-formes de glace et les glaciers n’ont pas été représentés à l’aide d’approches complexes pour chaque langue de glace. Au lieu de cela, les modèles reposaient sur des formules massivement simplifiées, qui introduisaient une incertitude considérable. «En conséquence, les modèles n’ont pas été en mesure de refléter les différentes vitesses de fonte sur la face inférieure des plates-formes de glace, ni de simuler l’accélération réellement observée des glaciers, ce que je trouve personnellement assez troublant», déclare Angelika Humbert.

Pine Island Glacier AWI

Glacier de Pine Island. Crédits: Thomas Ronge

Une autre lacune trouvée dans les simulations antarctiques: la représentation des précipitations. Pour des projections précises, cet aspect aurait dû être calculé à l’aide d’un modèle climatique régional à haute résolution. Mais dans l’intérêt de la faisabilité, des données atmosphériques à faible résolution de modèles mondiaux ont été utilisées. Lors de la prochaine série de comparaisons, toutes ces faiblesses doivent être éliminées. Selon Angelika Humbert: «Notre objectif sera alors de produire des simulations de l’évolution des calottes glaciaires aussi réalistes que possible. Pour ce faire, il faut sélectionner des délais de simulation qui permettront de comparer les résultats des modèles aux données d’observation réelles. ” Dans ces conditions, les modélisateurs de glace pourraient alors suivre la même approche que les spécialistes de la mécanique des fluides et utiliser des données de surveillance du monde réel pour valider leurs simulations informatiques.

Lisez les avertissements de la NASA: les émissions de gaz à effet de serre pourraient ajouter 15 pouces à l’élévation du niveau de la mer de 2100 pour en savoir plus sur cette recherche.

Références:

«La future contribution au niveau de la mer de la calotte glaciaire du Groenland: une étude d’ensemble multi-modèle d’ISMIP6» par Heiko Goelzer, Sophie Nowicki, Anthony Payne, Eric Larour, Helene Seroussi, William H. Lipscomb, Jonathan Gregory, Ayako Abe-Ouchi , Andrew Shepherd, Erika Simon, Cécile Agosta, Patrick Alexander, Andy Aschwanden, Alice Barthel, Reinhard Calov, Christopher Chambers, Youngmin Choi, Joshua Cuzzone, Christophe Dumas, Tamsin Edwards, Denis Felikson, Xavier Fettweis, Nicholas R. Golledge, Ralf Greve , Angelika Humbert, Philippe Huybrechts, Sébastien Le clec’h, Victoria Lee, Gunter Leguy, Chris Little, Daniel P. Lowry, Mathieu Morlighem, Isabel Nias, Aurelien Quiquet, Martin Rückamp, ​​Nicole-Jeanne Schlegel, Donald A. Slater, Robin S.Smith, Fiamma Straneo, Lev Tarasov, Roderik van de Wal et Michiel van den Broeke, 17 septembre 2020, La cryosphère.
DOI: 10.5194 / tc-14-3071-2020

«ISMIP6 Antarctica: un ensemble multimodèle de l’évolution de la calotte glaciaire antarctique au XXIe siècle» par Hélène Seroussi, Sophie Nowicki, Antony J. Payne, Heiko Goelzer, William H. Lipscomb, Ayako Abe-Ouchi, Cécile Agosta, Torsten Albrecht , Xylar Asay-Davis, Alice Barthel, Reinhard Calov, Richard Cullather, Christophe Dumas, Benjamin K. Galton-Fenzi, Rupert Gladstone, Nicholas R. Golledge, Jonathan M. Gregory, Ralf Greve, Tore Hattermann, Matthew J. Hoffman, Angelika Humbert, Philippe Huybrechts, Nicolas C.Jourdain, Thomas Kleiner, Eric Larour, Gunter R. Leguy, Daniel P. Lowry, Chistopher M. Little, Mathieu Morlighem, Frank Pattyn, Tyler Pelle, Stephen F. Price, Aurélien Quiquet, Ronja Reese , Nicole-Jeanne Schlegel, Andrew Shepherd, Erika Simon, Robin S.Smith, Fiammetta Straneo, Sainan Sun, Luke D.Trusel, Jonas Van Breedam, Roderik SW van de Wal, Ricarda Winkelmann, Chen Zhao, Tong Zhang et Thomas Zwinger, 17 septembre 2020, La cryosphère.
DOI: 10.5194 / tc-14-3033-2020