Topographie et bilan de masse des calottes et glaciers polaires. Arctique et Antarctique

L’Antarctique, le Groenland et les autres masses glaciaires de l’Arctique (champs de glace d’Alaska, calottes polaires de l’arctique canadien et russe, Spitzberg, Islande, …) correspondent à ~65 m de niveau des mers ; il est donc fondamental de comprendre leurs réponses aux évolutions climatiques et d’estimer leurs contributions passés et futures à la montée du niveau des mers. Les travaux les plus récents indiquent que ces glaces contribuent pour 50-70% à la hausse du niveau marin depuis 1992.

La dernière décennie a révélé des évolutions rapides et non linéaires des calottes polaires. La rupture des plateformes de glace Larsen A et B dans la Péninsule Antarctique s’est accompagnée d’une accélération et d’un fort amincissement des glaciers situés en amont. Ailleurs en Antarctique, accélération/amincissement affectent d’autres fleuves de glace, notamment ceux qui se jettent dans la mer d’Amundsen (par exemple Pine Island Glacier). Des accélérations fortes ont aussi été détectées pour certains glaciers émissaires de la calotte Groenlandaise. C’est donc à la périphérie des calottes Antarctique et Groenlandaise que les évolutions les plus rapides sont observées et pourtant ce sont ces régions périphériques qui demeurent les plus mal échantillonnées par les altimètres spatiaux (type ENVISAT) et où les erreurs des topographies sont les plus fortes.

La comparaison de topographies (ou modèle numérique de terrain – MNT) de la surface des glaces acquises à quelques années d’intervalle est l’une des méthodes les plus fiables pour caractériser l’évolution des glaciers émissaires des calottes ou estimer le bilan de masse des glaciers et petites calottes arctiques. Les topographies doivent présenter les caractéristiques suivantes : (i) couvrir des zones vastes, (ii) être bien localisées horizontalement même sans point de contrôle, et (iii) présenter une précision altimétrique suffisante pour caractériser des évolutions de l’altitude des surfaces englacées souvent de l’ordre du mètre par an (et parfois plus). Ces mesures par comparaison de MNT sont complémentaires des mesures altimétriques (ICESat, ENVISat, Cryosat-2), idéales sur les zones plates mais délicates aux marges des calottes et pour les autres glaciers où la pente est plus forte.

Lors de l’année polaire internationale (API, 2007-2009), via un important financement du CNES, une archive de couples stéréoscopiques SPOT5 a été constituée par Spot Image dans le cadre du projet SPIRIT (SPOT 5 stereoscopic survey of Polar Ice: Reference Images and Topographies). De nombreux MNT ont été calculés chez IGN Espace et distribués gratuitement à la communauté scientifique. L’engouement des glaciologues a été important et, fin avril 2013, >60 publications (revues de rang A) s’appuient déjà sur les données SPIRIT. Les MNT ont surtout été utilisés pour des études sur le bilan de masse glaciaire mais également dans les travaux de modélisation. Les modèles gagnent en résolution et obtiennent désormais des résultats pertinents à l'échelle des glaciers émissaires. Pour initialiser et/ou contrôler la qualité des modèles, des données de topographie et de vitesse à haute résolution sont nécessaires. Cela confirme le fort intérêt de la communauté internationale pour ces données à partir du moment où elles sont accessibles. En dehors de ce projet, les données des satellites SPOT ne sont accessibles à un prix abordable que pour les scientifiques européens via le programme ISIS du CNES.

Compte tenu du succès de SPIRIT et du fait que des évolutions importantes de la topographie des glaces se sont produites en 6-7 ans depuis l’API, nous avons soumis récemment une demande au TOSCA (CNES), intitulée SPIRIT2, pour répéter l’acquisition d’images stéréoscopiques SPOT5 sur les glaces polaires juste avant la fin de vie de ce satellite et affiner les estimations du bilan de masse des glaces posées. Nous espérons que les données de SPIRIT, et peut être de SPIRIT2, pourront contribuer à l’effort français dans l’arctique. Le chantier arctique est aussi l’occasion de faire connaître l’existence de ces données à d’autres communautés que celles des glaciologues. Les MNT couvrent en effet souvent d’importantes zones non englacées. Un effort sera prochainement mené conjointement par le LEGOS et le CNES pour faciliter la mise à disposition de ces données, peut être via un des pôles thématiques.

Etienne Berthier, Frédérique Rémy, Thomas Flament (LEGOS)
Gael Durand, Olivier Gagliardini, Emmanuel Le Meur, Fabien Gillet-Chaudet (LGGE)