À la veille des fêtes de fin d’année, Fabien Gillet-Chaulet, chercheur au sein de l’Institut des Géosciences de l’Environnement à Grenoble, nous invite à voyager du Groenland à l’Antarctique en passant par le Népal - dont il revient à peine, à la découverte des dynamiques glaciaires. En effet, le projet qu’il mène en ayant recours aux ressources du supercalculateur Occigen de GENCI, hébergé et opéré par le CINES, porte sur la fonte et l’écoulement des calottes polaires et des glaciers de montagne. 

Venu à la glaciologie par le chemin de la passion, celle des sports de montagne, Fabien Gillet-Chaulet décrit les Pôles comme des lieux « relativement désertiques, qui animent l’imaginaire ».  

Mais les travaux produits par ce chercheur et son équipe s’inscrivent dans une optique bien plus large, ancrée dans l’intérêt collectif. Ils contribuent à nourrir les analyses du GIEC. Leurs recherches se révèlent essentielles pour mieux connaître et anticiper les évolutions du niveau de la mer et des océans dans un contexte où l’actualité la plus récente fait apparaître la possibilité d’un point de bascule [2] en Antarctique ou encore les fissures « du glacier de l’apocalypse ». [3]

Aussi, loin de l’univers onirique maculé de neige éternelle qu’évoque la proximité de Noël, ces scientifiques recourent de manière méthodique à l’observation et à la simulation numérique pour comprendre ces phénomènes et mieux anticiper leurs conséquences.

L’écoulement des glaces : un enjeu climatique majeur  

La glace qui constitue les glaciers et calottes polaires se comporte comme un fluide très visqueux, elle s’écoule. En effet, sous son propre poids, la neige devenue glace se déforme et se déplace vers le bas. En arrivant sur les bords, elle peut fondre ou se déverser dans les océans pour donner des icebergs. In fine, cette perte de masse consécutive à la fonte et à l’écoulement des glaces va se retrouver dans les océans. Ce qui va ici intéresser les chercheurs, c’est le bilan de masse de ces objets : la quantité de ce qui est gagné ou perdu chaque année, et dans quelle mesure, cela va entraîner un changement de volume. 

 

Un enjeu majeur pour la recherche scientifique réside alors dans la possibilité de prévoir la contribution des glaciers et des calottes polaires à l’élévation du niveau des mers et des océans dans un contexte de changement climatique. 

 

Il existe bien entendu des problématiques particulières, avec des écoulements très hétérogènes. Ainsi, le centre des calottes de l’Antarctique ou du Groenland est très plat, et malgré des épaisseurs de glace qui peuvent atteindre jusqu’à 4km, la glace se déforme très lentement et les vitesses d’écoulement en surface atteignent quelques mètres par an. Néanmoins, dans certaines zones, ce phénomène peut être beaucoup plus rapide : les déplacements se comptent alors en kilomètres, donnant lieu à des « fleuves de glace » qui se déversent dans l’océan et stimulent le développement d’icebergs. Plus inquiétant, récemment de nombreux glaciers ont accéléré, se déversant de plus en plus rapidement dans l’océan, et contribuant de manière importante à la perte de masse des calottes. Ces singularités doivent impérativement être comprises et prises en compte. 

La simulation numérique : un pilier de la science indispensable pour préparer l’avenir

Étudier la glace, c’est, historiquement, travailler sur une échelle de temps long. Tout d’abord, les simulations numériques se sont développées depuis plusieurs décennies. Les premiers modèles relatifs aux calottes, à la fin des années 1990, étaient en lien avec les forages réalisés visant à connaître l’évolution sur plusieurs dizaines voire centaines de milliers d’années des calottes polaires. En contrepoint à l’impression initiale de lenteur, l’observation par satellite des vitesses d’écoulement a démontré que ces calottes réagissaient beaucoup plus vite que prévu au changement climatique. Les rapports du GIEC au début des années 2000 ont fait état de telles évolutions, sans toutefois être en mesure de donner des prévisions voire de les expliquer.  « C’est à ce moment-là que la communauté des chercheurs de cette spécialité a connu un grand boom » explique Fabien Gillet Chaulet. Une attention particulière a été accordée au phénomène d’écoulement glaciaire pour réduire les incertitudes. Son étude est aujourd’hui réalisée aux quatre coins du globe. La quantité de données produites et traitées est devenue très importante. 

Le recours aux supercalculateurs, à l’instar d’OCCIGEN, se révèle alors indispensable, particulièrement en fonction de la « taille des objets » pour lesquels on mobilise ces ressources. « Plus les objets sont gros, plus les moyens de calcul doivent être importants » explique Fabien Gillet-Chaulet. Les situations d’écoulement en Antarctique et au Groënland sont ici particulièrement visées.  C’est également dans ces deux espaces que les interactions entre l’océan et l’écoulement dynamique se révèlent beaucoup plus importantes pour le bilan de masse de surface. 

Le succès de cette démarche implique de travailler avec une communauté scientifique entendue largement, celle des experts du climat, afin, par exemple, d’anticiper les chutes de neige, les fontes et dès lors, grâce aux ressources mises à disposition, de « forcer les modèles d’écoulement de la glace ». Un couplage entre « modèles d’océans » et « modèle de calottes » devient de plus en plus fréquent, notamment car « l’interaction entre océan et calotte reste incertaine et difficile à observer » poursuit le scientifique. La complémentarité entre observation et simulation possède alors une acuité marquée dans ce pan de la recherche. Elle y est indispensable.  

Cet esprit collaboratif dépasse bien entendu les frontières. Si le projet s’inscrit dans les initiatives européennes et internationales Tipaccs [4] et Protect [5] notamment, le noyau du modèle de simulation utilisé, Elmer/Ice [6], est développé au CSC, en Finlande.

Conclusion

Les centaines de milliers d’heures ce calcul accordées dans le cadre de la procédure DARI et le travail d’accompagnement réalisé par les équipes du CINES contribuent à cet objectif capital poursuivi par Fabien Gillet-Chaulet et ses équipes : prédire l’évolution de la masse des calottes polaires d’ici la fin du siècle voire d’ici cent ou deux-cents ans afin d’améliorer les prévisions sur la hausse du niveau des eaux océaniques et maritimes. Si « les outils sont adaptés aux besoins », le volume de données et la complexité des codes impliquent une veille en termes de développements technologiques, en ayant toujours en tête d’être « plus efficaces en termes de consommation des ressources, notamment des ressources énergétiques » conclut Fabien Gillet Chaulet. Ce souhait trouvera un écho favorable dans l’acquisition par GENCI du supercalculateur Adastra, installé, hébergé et opéré prochainement par le CINES et ses équipes…


Quelques pistes pour en savoir plus : 

Vidéos de résultats de simulations:

  • https://www.youtube.com/watch?v=etPmtGbAc54 [7] (résultats publiés dans Shannon, S.R., Payne, A.J., Bartholomew, I.D., van den Broeke, M.R., Edwards, T.L., Fettweis, X., Gagliardini, O., Gillet-Chaulet, F., Goelzer, H., Hoffman, M.J., Huybrechts, P., Mair, D.W.F., Nienow, P.W., Perego, M., Price, S.F., Smeets, C.J.P.P., Sole, A.J., van de Wal, R.S.W., Zwinger, T., 2013. Enhanced basal lubrication and the contribution of the Greenland ice sheet to future sea-level rise. Proceedings of the National Academy of Sciences 110, 14156–14161.https://doi.org/10.1073/pnas.1212647110 [8])

Références d'articles récents :

  • Sun et al., 2020. Antarctic ice sheet response to sudden and sustained ice-shelf collapse (ABUMIP). J. Glaciol., https ://doi.org/10.1017/jog.2020.67
  • Brondex, J., Gillet-Chaulet, F., and Gagliardini, O., 2019 Sensitivity of centennial mass loss projections of the Amundsen basin to the friction law, The Cryosphere, 13, 177–195, https ://doi.org/10.5194/tc-13-177-2019
  • Seroussi et al., 2019. initMIP-Antarctica : an ice sheet model initialization experiment of ISMIP6. The Cryosphere, https ://doi.org/10.5194/tc-13-1441-2019
  • Goelzer et al., 2018 Design and results of the ice sheet model initialisation experiments initMIP-Greenland : an ISMIP6 intercomparison, The Cryosphere 12, 1433–1460. https ://doi.org/10.5194/tc-12-1433-2018 

 Crédits photos : @66north – Unsplash - https://unsplash.com/photos/NaQMJ-xNDWI [11]