“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 59 — #82
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2. Cryosphère et niveau marin
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mentionnées sont toujours actives et c’est le recul du front de glace qu’elles ont
tendance à amplifier. Deux différences importantes sont cependant à noter.
D’une part, la vitesse de croissance d’une calotte est limitée par la quantité
de neige apportée par la précipitation, alors que la vitesse de décroissance est
limitée par la quantité de chaleur disponible pour fondre la glace. Il est aisé de
comprendre que cette dernière limitation sera peu efficace si la calotte atteint
des latitudes très basses et que la déglaciation pourra dans ce cas être beaucoup plus rapide que l’englacement. C’était le cas des deux grandes calottes
qui existaient pendant la période glaciaire sur l’Amérique et l’Eurasie, et dont
la contribution au niveau des mers était prédominante. Cela explique la forme
typique en dent de scie du niveau des mers pendant une période glaciaire, avec
une lente descente suivie d’une brusque remontée (Fig. 2.3). D’autre part, le
rôle de l’écoulement n’est pas symétrique entre englacement et déglaciation.
S’il favorise l’avancée du front de glace ainsi que nous l’avons décrit, l’écoulement a tendance à amincir la couche de glace, son impact sur le volume de
glace n’est donc pas monotone. En particulier, il peut arriver que cet écoulement « s’emballe » et que la calotte décroisse alors brusquement (avec l’aide
de la rétroaction altitude-température), ce qui peut là aussi conduire à une
phase de déglaciation rapide.
L’écoulement est un mécanisme fondamental dans l’évolution d’une calotte, et nous allons voir qu’il résulte de l’interaction entre plusieurs processus
qui sont eux-mêmes régis soit par des grandes lois de la physique, soit par
des lois (souvent empiriques) qui décrivent les propriétés des matériaux (glace
bien sûr mais également socle rocheux). Nous n’entrerons pas dans le détail
de ces équations qui font appel à la mécanique des milieux continus, mais
nous allons néanmoins indiquer quelles sont ces lois et quelles implications
elles ont sur l’écoulement des calottes polaires. Dans tout ce qui suit, nous
ne traiterons que le cas de la glace qui sera supposée incompressible. Cette
hypothèse est fausse pour la neige, dont la densité augmente depuis la surface
jusqu’à une profondeur au maximum de 100 m, mais dans la plupart des cas,
l’effet mécanique de cette couche de neige et de névé est le même que celui
d’une couche de glace de même poids, ce qui revient à enlever une vingtaine
de mètres à l’épaisseur totale de glace à l’endroit considéré (épaisseur qui est
de l’ordre de quelques kilomètres).
Si l’on considère l’équilibre des forces appliquées à une particule de glace, la
seule force de volume est la gravité. Les autres forces sont des forces de surface
qui proviennent du contact avec les autres particules de glace, ou éventuellement avec le socle ou l’eau (quand il y a flottaison). La glace s’écoule suffisamment lentement pour qu’on puisse négliger les accélérations et les forces
d’inertie (Coriolis), et l’équilibre des forces appliqué au cas des calottes est
souvent appelé un équilibre quasi-statique. En termes de comportement mécanique et à l’échelle des vitesses de déformation en jeu dans les calottes, la glace
est considérée comme un fluide visqueux, c’est-à-dire que la vitesse de déformation (déformation par unité de temps, directement exprimée en fonction de
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2. Cryosphère et niveau marin
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mentionnées sont toujours actives et c’est le recul du front de glace qu’elles ont
tendance à amplifier. Deux différences importantes sont cependant à noter.
D’une part, la vitesse de croissance d’une calotte est limitée par la quantité
de neige apportée par la précipitation, alors que la vitesse de décroissance est
limitée par la quantité de chaleur disponible pour fondre la glace. Il est aisé de
comprendre que cette dernière limitation sera peu efficace si la calotte atteint
des latitudes très basses et que la déglaciation pourra dans ce cas être beaucoup plus rapide que l’englacement. C’était le cas des deux grandes calottes
qui existaient pendant la période glaciaire sur l’Amérique et l’Eurasie, et dont
la contribution au niveau des mers était prédominante. Cela explique la forme
typique en dent de scie du niveau des mers pendant une période glaciaire, avec
une lente descente suivie d’une brusque remontée (Fig. 2.3). D’autre part, le
rôle de l’écoulement n’est pas symétrique entre englacement et déglaciation.
S’il favorise l’avancée du front de glace ainsi que nous l’avons décrit, l’écoulement a tendance à amincir la couche de glace, son impact sur le volume de
glace n’est donc pas monotone. En particulier, il peut arriver que cet écoulement « s’emballe » et que la calotte décroisse alors brusquement (avec l’aide
de la rétroaction altitude-température), ce qui peut là aussi conduire à une
phase de déglaciation rapide.
L’écoulement est un mécanisme fondamental dans l’évolution d’une calotte, et nous allons voir qu’il résulte de l’interaction entre plusieurs processus
qui sont eux-mêmes régis soit par des grandes lois de la physique, soit par
des lois (souvent empiriques) qui décrivent les propriétés des matériaux (glace
bien sûr mais également socle rocheux). Nous n’entrerons pas dans le détail
de ces équations qui font appel à la mécanique des milieux continus, mais
nous allons néanmoins indiquer quelles sont ces lois et quelles implications
elles ont sur l’écoulement des calottes polaires. Dans tout ce qui suit, nous
ne traiterons que le cas de la glace qui sera supposée incompressible. Cette
hypothèse est fausse pour la neige, dont la densité augmente depuis la surface
jusqu’à une profondeur au maximum de 100 m, mais dans la plupart des cas,
l’effet mécanique de cette couche de neige et de névé est le même que celui
d’une couche de glace de même poids, ce qui revient à enlever une vingtaine
de mètres à l’épaisseur totale de glace à l’endroit considéré (épaisseur qui est
de l’ordre de quelques kilomètres).
Si l’on considère l’équilibre des forces appliquées à une particule de glace, la
seule force de volume est la gravité. Les autres forces sont des forces de surface
qui proviennent du contact avec les autres particules de glace, ou éventuellement avec le socle ou l’eau (quand il y a flottaison). La glace s’écoule suffisamment lentement pour qu’on puisse négliger les accélérations et les forces
d’inertie (Coriolis), et l’équilibre des forces appliqué au cas des calottes est
souvent appelé un équilibre quasi-statique. En termes de comportement mécanique et à l’échelle des vitesses de déformation en jeu dans les calottes, la glace
est considérée comme un fluide visqueux, c’est-à-dire que la vitesse de déformation (déformation par unité de temps, directement exprimée en fonction de