GLACIOCLIM : « les GLACI ers, un O bservatoire du CLIM at »

1. GLACIOCLIM Les GLACiers, un Observatoire du CLIMat GLACIOCLIM : « les GLACIers, un Observatoire du CLIMat » Christian VINCENT, Patrick WAGNON, Christophe GENTHONDelphine SIX, Vincent FAVIER, Emmanuel LE MEUR http://www-lgge.ujf-grenoble.fr/ServiceObs/index.htm Observations dans GLACIOCLIM : Objectifs généraux de GLACIOCLIM : 1°)Mesures glaciologiques (de 1 à 4 fois par an selon le site): Ablation (forages et balises) Accumulation (carottages) Vitesse de surface (GPS) Variations d’épaisseur (GPS) Cartographie du front (GPS) Photogrammétrie aérienne (tous les 5 ans environ) 2°)Mesures météorologiques (en continu) Direction et vitesse du vent, radiations solaires incidentes et réfléchies, radiations thermiques atmosphériques et émises par la surface, température et humidité de l’air ventilées, précipitations (Station météo automatique sur une moraine voisine) Albédo journalier (Photos terrestres) L'évolution des glaciers est l'un des indicateurs importants sélectionnés par le Groupe Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat pour situer la variabilité et les tendances climatiques au cours du dernier siècle. Les glaciers constituent désormais un indicateur climatique essentiel pour le passé comme pour le futur. GLACIOCLIM est un service d’Observation/Observatoire de Recherche en Environnement labellisé en 2001 ayant pour but de constituer une base de données glacio-météorologiques sur le long terme afin de : 1°) Etudier la relation Climat-Glacier c'est-à-dire comprendre les relations entre les variations climatiques et les bilans de masse glaciaires (analyse des flux de masse et d'énergie entre le glacier et l'atmosphère) 2°) Prévoir l'évolution future des glaciers en terme de ressources en eau, de contribution à l'élévation future du niveau des mers, et autres impacts liés à la nature des glaciers 3°) Comprendre la réponse dynamique des glaciers (variations d'épaisseur, de longueur, de vitesse d'écoulement) aux fluctuations des bilans de masse et étudier les risques naturels d'origine glaciaire. Dispositif de GLACIOCLIM : Les glaciers suivis sont représentatifs de 3 zones climatiques variées Climat tropical : Les Andes Climat tempéré : Les Alpes Gébroulaz - Vanoise Antizana - Equateur Zongo - Bolivie Mer de Glace – Mont Blanc Saint-Sorlin – Grandes Rousses Climat polaire: l’Antarctique Sarennes – Grandes Rousses Argentière – Mont Blanc Dome C Cap Prud’homme Quelques résultats récents : L’Antarctique : Les Alpes : Les Andes : Flux d’énergie (W/m2) La série d’observations du glacier d’Argentière est l’une des plus complètes de notre réseau d’observation GLACIOCLIM et du réseau d’observations mondial (World Glacier Monitoring Service, de l’UNESCO). Du fait des difficultés logistiques importantes liées au milieu Antarctique, 3 campagnes de terrain successives (été austral) ont été nécessaires pour déployer le transect GLACIOCLIM – SAMBA, constitué de 91 balises sur 150 km dans la zone de transition côte-plateau Antarctique (carte de l’Antarctique en projection stéréographique polaire). Deux relevés annuels complets sont maintenant disponibles (courbes en bleu pale et rose pale, lissage moyenne glissante sur 20 km en bleu foncé). La variabilité spatiale de l’accumulation est importante, confirmant la nécessité d'un échantillonnage serré (de 0.5 à 2.5 km suivant la distance à la côte) de la mesure du bilan de masse de surface. Sur le glacier Antizana, en Equateur, à 4890 m, le cycle annuel du bilan d’énergie montre que 1. la radiation solaire nette (S) domine les échanges énergétiques et 2. les flux turbulents sont négligeables sauf entre juin et septembre, saison des vents. Ainsi, l’albédo (qui contrôle S) est le paramètre clé de ce bilan d’énergie. La température de l’air, en déterminant l’altitude de la limite pluie-neige sur le glacier, rétro-agit sur l’albédo et contrôle la fonte annuelle. Comme le montre la figure, la réponse du glacier est très sensible à la variation climatique : alors que la fonte de surface a augmenté de 85 cm d’eau en moyenne entre les périodes 1954-1982 et 1982-2007 (graphique du haut : le bilan de masse a diminué), la langue terminale du glacier a réagi à cette variation avec un recul de 552 m entre 1990 et 2007. Les changements d’épaisseur et de vitesses sont faibles dans le haut du glacier (voir figure, à 2730 m d’altitude) mais très importants dans le bas : par exemple, à 1800 m d’altitude, les vitesses d’écoulement au centre du glacier sont passées de 140m/an à 30 m/an. Dans le même temps, les débits de glace à cette altitude ont été divisés par 3. Ces séries d’observations sont évidemment très utiles pour contraindre ou valider les modèles d’écoulement. Favier et al., 2004a et 2004b; Francou et al., 2004 Adapté de Vincent, Soruco, Six et Le Meur, 2008, in press La résolution des modèles météorologiques et climatiques ne permet pas de résoudre la variabilité de l’accumulation de neige à l'échelle kilométrique. Par contre, les données de bilan de masse de l'observatoire mettent en évidence les degrés de réalisme des modèles, comme on le voit sur les courbes d’accumulation des différents modèles accessibles au LGGE: Modèle météorologique régional MAR à résolution 20 km (orange) et 80 km (rose); Modèle climatique global LMDZ4 du CNRS à résolution Antarctique 40 km (vert); Modèle global d'analyses météorologiques du Centre Européen de Prévisions Météorologiques à Moyen Terme CEPMMT à résolution 50 km (bleu ciel). L’aptitude des modèles à reproduire le bilan de masse de surface peut refléter leur capacité à prédire l'évolution future de l'Antarctique. En particulier, les tendances méso-échelles, correspondant à une augmentation progressive du bilan de masse de surface de la côte jusqu'à environ 40 km à l’intérieur des terres, puis une décroissance lente de celui-ci, ne sont reproduites que par un des trois modèles présentés ici, le modèle climatique global LMDZ4. Les raisons des défauts de certains modèles sont en cours d'investigation (stage de Cécile Agosta) grâce en particulier aux données météorologiques issues de l'observatoire et d'autres sources. Un programme ANR Jeunes Chercheurs (TAG : Turbulence et Ablation Glaciaire ; 2005-08) vise à améliorer la précision de l’estimation des flux turbulents grâce à une estimation directe par « eddy correlation » (utilisation d’anémomètres soniques, et hygromètres Licor). La figure compare les flux de chaleur sensible H et latente L (moyennes sur 2h – du 8 au 16 août 2004) obtenus par eddy correlation et par la méthode classique des profils verticaux de température, d’humidité spécifique et de vitesse de vent, sur le glacier Zongo (5050 m, Bolivie. La méthode des profils, utilisée en routine sur ce glacier bolivien, semble sur-estimer les flux mais des analyses de profils détaillés de vitesse de vent, et de température sont en cours afin d’affiner ces résultats. Cette figure illustre le très bon accord entre les mesures d’ablation sur le Glacier de St Sorlin pendant l’été 2006 et un calcul de bilan d’énergie de surface réalisé grâce à des capteurs météorologiques installé sur le glacier. La seconde méthode de calcul (degree-day) n’utilise que la température comme variable de fonte. Les résultats sont alors moins bien corrélés aux mesures. Cette étude montre que l’ensemble des processus de surface doivent être pris en compte pour connaître la fusion de la glace et de la neige. Adapté de Six et al., 2008, soumis à Annals of Glaciology