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Jun 13, 2023

Comprendre la glace avec des lasers : un nouvel outil aide les chercheurs à étudier les glaciers éloignés

Alors que le réchauffement des températures atmosphériques entraîne un amincissement et un retrait des glaciers dans le monde entier, il est nécessaire de comprendre comment les glaciers réagissent au changement climatique, à la croissance des algues et aux impuretés comme la poussière et le noir.

Alors que le réchauffement des températures atmosphériques entraîne un amincissement et un retrait des glaciers dans le monde entier, il est vital de comprendre comment les glaciers réagissent au changement climatique, à la croissance des algues et aux impuretés telles que la poussière et le carbone noir. Comprendre la réponse aide les scientifiques, les décideurs politiques et les communautés à atténuer les dommages et à protéger les bassins versants et les communautés qui dépendent de ces glaciers. Cependant, de nombreux glaciers sont situés dans des endroits éloignés qui peuvent être difficiles d'accès et d'étude. Dans un article publié dans le Journal of Glaciology en mai 2022, le physicien Markus Allgaier a collaboré avec des géologues et des géographes pour développer un outil portable qui peut facilement être rangé dans un sac à dos et transporté sur des glaciers éloignés pour mesurer les propriétés optiques et la composition de leur glace.

La collecte de données sur la composition des glaces et le retrait des glaciers est importante pour évaluer la manière dont les glaciers réagissent au changement climatique. Les données aident également les scientifiques à prédire comment les communautés situées en aval des glaciers pourraient être affectées par leur retrait. Actuellement, de nombreux glaciologues s'appuient sur des techniques de modélisation pour évaluer la composition de la glace des glaciers, en particulier pour les glaciers les plus éloignés, difficiles d'accès et difficiles à étudier. Cependant, sans être sur le glacier, il peut être difficile de mesurer avec précision la composition de la glace, la croissance des algues ainsi que les niveaux de poussière et de carbone noir. Ce déficit rend la glaciologie sac à dos – randonnées dans des endroits éloignés avec un équipement portable pour des mesures physiques sur les glaciers – vitale pour comprendre la glace et son comportement.

Les glaciers éloignés, comme le glacier Deming dans l'État de Washington, sont rarement étudiés en raison de la difficulté d'accès, notamment avec du matériel lourd remorqué. Les chercheurs doivent plutôt s'appuyer sur des photos satellites ou des observations à distance qui ne peuvent pas toujours donner une image complète du retrait du glacier. (Avec l'aimable autorisation de Jenna Travers)

Cependant, la glaciologie sac à dos comporte un compromis. Pour que les outils soient portables, ils sont souvent simples et incapables de mesurer des variables telles que l’albédo, qui est important pour comprendre le retrait. Par exemple, le North Cascades Glacier Climate Project, un projet de plusieurs décennies mesurant les glaciers du nord-ouest de l’État de Washington, utilise une longue sonde métallique avec des segments détachables, un télémètre laser et des cordes marquées pour mener la plupart de ses recherches. Ces outils aident les chercheurs à collecter des données vitales sur l'épaisseur de la neige, les taux d'ablation, l'emplacement des terminus et les profils des glaciers, mais les scientifiques espérant mesurer l'albédo ou la composition de la glace sur des glaciers éloignés n'ont que peu de choix.

Allgaier, physicien postdoctoral à l'Université de l'Oregon, s'efforce de remédier au manque d'options et d'améliorer les outils de mesure disponibles pour les glaciologues du monde entier. Allgaier a expliqué dans une interview avec GlacierHub que bien que sa formation soit en physique quantique, il souhaitait « appliquer ces domaines aux sciences de l'environnement et à la recherche sur le climat », citant son amour des montagnes et son désir de contribuer à la recherche axée sur leur compréhension. Il a commencé par rechercher quelles mesures optiques les glaciologues utilisent et réfléchir à la manière dont elles pourraient être améliorées et à ce qui manquait dans les techniques actuellement utilisées. Il a fait appel à des glaciologues, des géographes et des hydrologues pour développer ensemble un outil.

Ces collaborations ont abouti au développement d'un appareil qui mesure la composition et la structure de la glace des glaciers à l'aide de photons, ou particules lumineuses subatomiques. L'appareil envoie une impulsion laser dans la glace du glacier et mesure le temps nécessaire aux photons pour rebondir sur la glace et atteindre un récepteur à environ deux mètres de distance. Les bulles d'air à l'intérieur du glacier diffusent l'impulsion laser dans des directions aléatoires, modifiant à la fois le temps nécessaire pour atteindre le récepteur et la forme de l'impulsion lorsqu'elle y arrive. Selon Allgaier, "la forme et la durée de l'impulsion de la lumière détectée sont uniques, et elles nous indiquent la quantité de lumière absorbée par la glace et son degré de diffusion". Ces données permettent à leur tour aux chercheurs de déterminer la composition et la densité de la glace ainsi que les propriétés optiques des glaciers. Ceux-ci peuvent être utilisés pour prédire le taux de retrait.