De l’importance des manteaux neigeux en Arctique

Chaque année, pendant 6 à 9 mois, des dizaines de millions de km² de pergélisols, de glace de mer et de glaciers sont recouverts par la neige. Cette composante de la cryosphère n’est pas une couverture inerte, dont le contenu serait restitué tel quel à sa fonte vers l’hydrosphère. Nous parlons ici d’un milieu complexe, dynamique dont le rôle s’étend des échelles globales comme acteur fondamental du système climatique ou hydrologique, aux échelles plus régionales voire locales comme réacteur et incubateur de processus biogéochimiques.

Les manteaux neigeux sont le réceptacle des dépôts atmosphériques de (nano)particules solides, de nutriments, de contaminants et de microorganismes provenant de sources locales (marines par exemple) ou produits sous d’autres latitudes par des activités naturelles et anthropiques. Les particularités physiques de ce milieu exacerbent parfois, et de manière générale complexifient les interactions existant dans cette matrice poreuse à la structure très évolutive. Les manteaux neigeux seront alors le siège de transformations, d’échanges, et de transferts de composés engendrant des conséquences multiples sur la composition de l’atmosphère, les propriétés optiques de la neige, ou encore la qualité et le fonctionnement des écosystèmes.

A l’heure d’une réduction drastique des surfaces terrestres enneigées des hautes latitudes nord (-17.6%/décennie observé sur les manteaux neigeux terrestres en Juin entre 1979 et 2012*), il nous paraît urgent de mener des études abouties et des observations longues sur les interfaces neigeuses afin d’expliciter leur rôle sur le climat, l’atmosphère et les écosystèmes arctiques.

Ces études devront savoir intégrer et combiner :

(1) une caractérisation physique et microphysique poussée, en particulier une bonne connaissance des surfaces d’échange, des processus de transferts thermiques, gazeux et liquides et des propriétés optiques (albédo et pénétration de la lumière visible et UV pour les processus photochimiques et phototrophiques)

(2) des études chimiques alliant caractérisations des composés, spéciation, localisation dans la neige, composition isotopique, l’étude de leur devenir aux interfaces neige/atmosphère, neige/glace, neige/végétation/sol et la composition de l’eau de fonte des neiges. Certains composés pourraient être prioritaires par l’importance qu’ils revêtent pour le fonctionnement des écosystèmes arctiques, la capacité oxydante de l’atmosphère et le climat. On peut alors lister sans être exhaustif le carbone suie, les nutriments majeurs tels que N, S, et les matières organiques complexes, certains contaminants (polluants organiques persistants, mercure, HAP). On fera appel aux progrès récents permettant des études à l’échelle moléculaire/isotopique.

(3) des études de chimie de l'atmosphère dans la couche limite des zones enneigées et de la glace de mer afin de déterminer l'influence des processus dans la neige, la glace et l'atmosphère sur la formation de gaz traces réactifs, la capacité oxydante et les dépôts.

(4) une prise en compte du rôle joué par les communautés microbiennes de la neige et du sol dans la modification du cycle des composés nutritifs, des contaminants et du recyclage des matières organiques, et l’impact de ces composés sur ces mêmes communautés. Une application de techniques modernes de séquençage à haut débit devrait pouvoir apporter des éléments scientifiques clés.

Une plate-forme commune d’observations in situ est fortement souhaitable afin d’avancer dans une représentation numérique la plus fidèle possible des manteaux neigeux (basée par exemple sur le modèle physique communautaire de la neige CROCUS). Elle devrait être reliée à des simulateurs expérimentaux de laboratoire pouvant reproduire une interface air-neige-sol.

De tels travaux sur la neige doivent être synergiques avec des études atmosphériques complètes et sont à combiner avec les études biogéochimiques sur la glace de mer et l’océan, et les recherches sur les milieux terrestres en hydrologie, qualité de l’eau et fonctionnement des écosystèmes (stockage de carbone, biodiversité…). Enfin, ces études sont un point d’appui indispensable pour la mise en place et l’interprétation de forages glaciaires en Arctique. L’objectif recherché est clairement la mise en place d’un observatoire de type LTER (Long-Term Ecological Research).

Aurélien Dommergue, LGGE, UJF, Grenoble
Didier Voisin, LGGE, UJF, Grenoble
Joël Savarino, LGGE, Grenoble
Hans-Werner Jacobi, LGGE, Grenoble
Jean-Luc Jaffrezo, LGGE, Grenoble
Jean-Christophe Clément, LECA, Grenoble
Jean Martins, LTHE, Grenoble
Timothy M. Vogel, AMPERE, ECL, Lyon
Catherine Larose, AMPERE, ECL, Lyon

*Par rapport à la moyenne 1979-2000 in Derksen, C., and R. Brown (2012), Spring snow cover extent reductions in the 2008–2012 period exceeding climate model projections, Geophys. Res. Lett., 39, L19504, doi:10.1029/2012GL053387.