Introduction à l’océanographie

La glace que l’on voit flotter à la surface de l’océan provient d’une des deux sources suivantes . La glace glaciaire est formée par l’accumulation et la compression de la neige en glaciers, qui se brisent ensuite et libèrent de la glace dans l’océan. Comme les glaciers peuvent avoir plusieurs kilomètres d’épaisseur, les icebergs qui s’en détachent peuvent être très grands ; ainsi, les grands icebergs en mer proviennent toujours de nappes glaciaires. La glace de mer désigne la glace formée par la congélation de l’eau de mer, et dépasse rarement une épaisseur de plusieurs mètres (figure 14.1.1). La glace de mer couvre environ 7 % de l’océan à tout moment, et représente environ 66 % de la couverture de glace permanente de la Terre en termes de superficie, mais seulement 0,1 % de la glace en termes de volume. Cela s’explique par le fait que la glace de mer est une vaste mais mince couche de couverture par rapport aux calottes glaciaires qui sont plus localisées mais peuvent avoir plusieurs kilomètres d’épaisseur.

La couverture de glace de mer autour de l’Antarctique fluctue entre environ 21 millions de km2 en hiver et environ 1,3 million de km2 en été, la plupart des glaces de mer de l’Antarctique ne durant qu’un an. Les changements saisonniers de la couverture de glace sont moins prononcés dans l’Arctique, passant d’environ 14 millions de km2 en hiver à 6,5 millions de km2 en été. Environ la moitié de la glace de mer de l’Arctique dure plus d’un an pour devenir de la glace pluriannuelle. Cette différence s’explique par le fait que l’Antarctique est entouré d’eau, de sorte que la glace se dilate dans l’eau plus chaude et finit par fondre. L’océan Arctique est entouré de continents, de sorte que seulement 10 % environ de la glace s’échappe dans l’Atlantique entre le Groenland et le Spitzberg. Le reste est piégé et devient de la glace pluriannuelle ou de la glace pérenne, âgée en moyenne d’environ 7 ans et d’une épaisseur de 3 à 5 m, contre 1 à 2 m pour la glace de première année.

Formation de la glace de mer

En raison de sa teneur en sel, l’eau de mer commence à geler à environ -1,8o C, une température inférieure à celle de l’eau douce. La formation de glace commence à la surface par la formation de petits cristaux de glace en forme d’aiguille appelés frasil, qui s’accumulent et donnent à l’eau un aspect gluant et trouble ; ce stade est appelé glace grasse (figure 14.1.2 A). Dans les eaux plus calmes, ces petits cristaux peuvent geler ensemble en une fine couche de surface appelée nilas, qui peut atteindre une épaisseur de 10 cm (figure 14.1.2 B).

L’action des vagues peut briser les nilas en petits tapis de 1 à 2 m de diamètre, qui se heurtent alors les uns aux autres et forment des formes arrondies aux bords relevés, appelées glace en crêpe (figure 14.1.2 C). Si les températures restent froides, la glace en crêpe gèle ensemble pour former des floes de glace solides, une surface dure recouvrant l’océan (figure 14.1.2 D). Les floes de glace gèlent ensuite ensemble pour former des champs de glace.

Une fois que les floes de glace se forment, l’eau en dessous devient isolée et la perte de chaleur vers l’atmosphère diminue, donc l’eau ne se refroidit plus et il n’y a plus de formation de glace. Par conséquent, la jeune glace de mer est généralement relativement mince, ne dépassant pas 3 à 4 m d’épaisseur. La glace peut s’épaissir grâce aux précipitations ; il n’y a pas beaucoup de précipitations aux pôles, mais en raison des basses températures, ce qui se produit a tendance à s’accumuler plutôt qu’à fondre. Avec le temps, la glace et la neige accumulées peuvent ajouter à l’épaisseur globale de la glace de mer, mais elle ne s’approchera toujours pas de l’épaisseur de la glace glaciaire.

Lorsque les cristaux de glace de mer se forment, la plupart du sel est exclu, de sorte que la glace de mer contient beaucoup moins de sel que l’eau de mer, et peut être fondue pour être bue si nécessaire. Mais environ 20 % du sel reste piégé dans des poches d’eau entre les cristaux de glace. À mesure que la glace se forme et que les sels sont exclus dans ces poches, la salinité de l’eau restante augmente et elle peut devenir trop salée pour être congelée. Ces poches d’eau salée non gelées rendent la glace de mer un peu plus molle et plus visqueuse que la glace d’eau douce, qui est plus dure et plus rigide. La plus grande partie de cette saumure finit par s’échapper et la glace de mer devient plus solide, mais lorsqu’il s’agit de « glace jeune », il peut être plus dangereux de marcher dessus que sur de la glace d’eau douce de même épaisseur. Par exemple, 7-8 cm de glace d’eau douce suffisent à supporter le poids d’une seule personne, mais il faudrait au moins 15 cm de glace de mer pour faire de même.

L’eau saumâtre très froide et dense s’échappe de la glace et coule. La saumure est « surfondue » ; elle est refroidie en dessous du point de congélation normal de l’eau de mer, mais reste liquide en raison de sa forte teneur en sel. Lorsque cette saumure surfondue entre en contact avec l’eau environnante, elle la fait geler, créant des stalactites de glace creuses, ou « brinicles », qui peuvent mesurer plusieurs mètres de long. La saumure continue de s’écouler à travers la brinicule creuse, et la brinicule se développe vers le bas (voir ci-dessous une étonnante vidéo time-lapse de la formation des brinicules).

Lorsque les grandes couches de glace de mer se forment, elles existent sous l’une des deux formations suivantes . La banquise côtière, ou banquise terrestre, désigne les grandes couches de glace solide qui sont attachées à la terre. La banquise est constituée de morceaux de glace de mer plus petits, flottant librement. Ils peuvent s’être formés indépendamment ou s’être détachés de la banquise côtière (figure 14.1.3).

La banquise flottante amortit les vagues et les courants, protégeant la surface de la mer des mouvements. Ainsi, des changements dans la répartition de la banquise peuvent entraîner des modifications des courants, voire altérer la structure des écosystèmes. Mais la banquise est également soumise aux courants qui circulent en dessous, et les couches de glace sont constamment en mouvement, se brisant ou étant poussées ensemble. Lorsque des morceaux de glace convergent, ils se déforment et se fissurent souvent, ou se superposent l’un à l’autre comme dans le cas des limites de plaques lithosphériques convergentes (section 4.6). Ces collisions peuvent créer des crêtes de pression hautes et déchiquetées, qui peuvent s’étendre sur plusieurs kilomètres, et qui créent des dangers pour les explorateurs polaires naviguant sur la glace (figure 14.1.4).

Dans les océans polaires, la couverture de glace n’est pas uniforme. Il existe un certain nombre de zones où l’eau libre est constante, même si les zones qui les entourent sont couvertes de glace. Ces régions d’eau libre persistante sont appelées polynies (figure 14.1.5). Les polynies peuvent être le résultat de courants ou de vents qui déplacent la glace, ou de zones d’eau plus chaude qui empêchent la formation de glace. Dans la figure 14.1.5, des vents très forts soufflant au large depuis l’intérieur de l’Antarctique ont créé une polynie près du bord de l’inlandsis.

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