Les glaces polaires fondent deux fois moins vite

On avait largement sous-estimé un paramètre crucial, nous indique un article tout récent, paru dans Nature Geoscience.

Comme vous le savez, la Science progresse, jour après jour, contre vents et marées, loin des parti-pris médiatico-politiques qui ont sérieusement dévoyé la progression des sciences du climat. Cette page, comme quelques autres, apporte de multiples preuves que ce qui avait été tenu pour certain et affirmé comme tel il y a peu encore (y compris dans les rapports du GIEC), était, en fait, gravement erroné.
Ainsi va la Science. Parce que rien n'est définitivement assuré, tout particulièrement en matière de sciences climatiques, prudence et scepticisme restent de rigueur. Comme nous allons le voir, les erreurs peuvent être considérables.

1) Introduction : La fonte de la masse des glaces polaires, susceptible de faire monter le niveau des océans, a été suivie avec beaucoup d'attention depuis 2002, à l'aide d'un instrument satellitaire remarquable (appelé GRACE) capable de mesurer de très faibles variations du champ gravitationnel de notre planète. Ces changements du champ gravitationnel sont évidemment liés à la distribution des masses sur la terre, incluant l'eau et la glace. Quand la glace fond et que l'eau de fonte s'écoule dans la mer, ceci est perçu comme une variation du champ gravitationnel. Ces mesures sont couramment nommées mesures gravimétriques.

Quelques mots sur la mission GRACE ("Gravity Recovery and Climate Experiment", déjà évoquée dans deux billets de Nov. 2006 et Nov. 2007. ). On trouvera des informations beaucoup plus complètes sur le site de la NASA.

La mission GRACE consiste en un couple de deux satellites identiques qui sont placées en orbite basse à 500 km au dessus de la terre. Ces deux satellites voyagent en tandem sur la même orbite, l'un derrière l'autre. Ils sont distants de 220 km (l'image n'est pas à l'échelle). La détection et l'évaluation de très faibles variations du champ gravitationnel terrestre est obtenue par une mesure très précise de la distance qui sépare les deux satellites jumeaux ainsi que de leurs vitesses.
La technique micro-onde utilisée est si sensible qu'elle est capable de détecter des variations de distance entre les deux satellites aussi petites que 10 microns (sur une distance de 220 km). Bien que l'analyse détaillée de la relation entre les variations de distance et de vitesse des deux satellites avec les variations du champ gravitationnel terrestre soit assez compliquée, on comprend que la moindre variation de ce dernier va affecter l'orbite du satellite leader puis celle du satellite suiveur, et donc leur distance et leur vitesse relative.

Vue du ciel, et du point de vue gravimétrique, notre géoide terrestre présente un aspect 'boursouflé" tel qu'on le voit sur les deux images ci-contre (crédit NASA).

Les applications des mesures de la mission GRACE sont très nombreuses. Elles vont de l'étude des courants marins, de la mesure de la pression au fond des océans, de l'étude des plissements de la croûte terrestre à la suite des tremblements de terre, à la découverte (en 2006) de "masses cachées" comme le cratère Wilkes qui doit dater de 250 millions d'années et qui est enfoui sous les glaces de l'Antarctique, entre autres exemples.

Cependant et comme on s'en doute, il n'est pas toujours aisé d'interpréter les mesures gravimétriques effectuées par le tandem GRACE. La mesure des variations de la gravité en un point est une donnée unique qui peut relever de plusieurs phénomènes concomitants qu'il n'est pas toujours facile de démêler.

C'est très exactement ce que nous dit un article très récent paru dans la revue Nature Geoscience

2) L'article qui nous explique que les mesures de la fonte de la glace des pôles était largement surestimée :

NATURE Geoscience Vol 3, 642-646, Septembre 2010. (Publié on-line le 15 août. DOI: 10.1038/NGEO938)

"Simultaneous estimation of global present-day water transport and glacial isostatic adjustment"

"Estimation simultanée du transport d'eau global actuel et l'ajustement glaciaire isostatique."

XiaopingWu, Michael B. Heflin, Hugo Schotman, Bert L. A. Vermeersen, Danan Dong,
Richard S. Gross, Erik R. Ivins, AngelynW. Moore and Susan E. Owen.

Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology,USA
Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology,Netherlands,
Netherlands Institute for Space Research, Netherlands.

Summary : Global water transport between oceans and continents during the transition from glacial to interglacial times has been enormous. The viscoelastic solid Earth has been responding to this unloading of large ice masses with a rise of the land masses, in a process termed glacial isostatic adjustment. In addition, significant changes in the land/ocean water distribution occur at present. As both present-day changes in the ice/water thickness and glacial isostatic adjustment affect space geodetic measurements, it is difficult to untangle the relative contributions of these two processes. Here we combine gravity measurements and geodetic data of surface movement with a data-assimilating model of ocean bottom pressure to simultaneously estimate present-day water transport and glacial isostatic adjustment. We determine their separate contributions to movements in the geocentre, which occur in response to changes in the Earth’s mass distribution, with uncertainties below 0.1mmyr-1.According to our estimates, mass losses between 2002 and 2008 in Greenland, Alaska/Yukon and West Antarctica are 104±23, 101±23 and 64±32 Gt yr-1, respectively. Our estimates of glacial isostatic adjustment indicate a large geocentre velocity of -0:72±0:06mm.yr-1 in the polar direction. We conclude that a significant revision of the present estimates of glacial isostatic adjustments and land–ocean water exchange is required.

Résumé : "Le transport des eaux à l'échelle globale entre les océans et les continents pendant la transition entre les périodes glaciaires et interglaciaires, a été gigantesque. La terre considérée comme un solide visco-élastique a répondu à ces décharges de vastes masses de glace par une hausse des masses continentales, suivant un processus nommé ajustement glacial isostatique. De plus, des variations significatives dans la distribution terres/océans se produisent actuellement. Comme la variation actuelle de l'épaisseur eau/glace et de l'ajustement glaciaire isostatique actuel affectent les mesures géodésiques vue de l'espace, il est difficile de séparer les contributions relatives de ces deux processus.
Dans cet article, nous combinons les mesures de la gravité et les données géodésiques des mouvements de la surface à l'aide d'un modèle d'assimilation des données de la pression au fond des océans, de manière à estimer simultanément le transport actuel des eaux et l'ajustement glaciaire isostatique. Nous déterminons les contributions séparées aux mouvements du géocentre qui se produisent en réponse aux variations dans la distribution des masses terrestres, et ceci avec une incertitude inférieure à 0,1 mm/an. Suivant nos estimations, les pertes de glace entre 2002 et 2008, au Groenland, dans l'Alaska/Yukon et dans l'Antarctique Ouest sont respectivement de 104±23, 101±23 et 64±32 Gigatonnes par an. Nos estimations de l'ajustement glaciaire isostatique indique une grande vitesse du géocentre égale à -0,72± 0,06 mm/an dans la direction polaire.
Nous en concluons qu'une révision significative de l'estimation actuelle des ajustements glaciaires isostatiques et de l'échange entre les terres et les océans, est indispensable. "

Quelques mots d'explications:

"La terre est considérée comme un solide visco-élastique" signifie, par exemple, que lorsqu'un continent est assez brusquement soulagé d'une couverture de glace, la croûte terrestre va relaxer lentement et sans oscillations pour s'adapter à cette variation de masse. Ce "rebond" glaciaire isostatique suit approximativement les lois d'un oscillateur amorti (par la viscosité) au delà du régime critique, c'est à dire que la déformation tend asymptotiquement vers une limite… jamais atteinte. C'est exactement comme si vous lâchiez un ressort, préalablement comprimé, dans un liquide très visqueux comme de la mélasse. Le ressort n'oscillera pas et retournera lentement vers sa position détendue. Un des auteurs de l'article indique l'analogie avec le retour à l'équilibre d'un matelas, lorsqu'on se lève après y avoir passé toute la nuit.

C'est ce qui fait que quelques 20000 ans après la dernière époque glaciaire (la dernière déglaciation a fait monter le niveau des mers de quelques 130m, comme on le voit sur l'image ci-contre), la croûte terrestre poursuit son ajustement glaciaire isostatique. Certes le taux de variation est maintenant très faible mais celui-ci affecte notablement les mesures gravimétriques de GRACE de même d'ailleurs que les autres déformations de la croûte terrestre qui, à l'échelle de ces mesures, est, en réalité, constamment en mouvement.

C'est cet ajustement glaciaire isostatique qui avait été largement mésestimé lors des précédentes études. Plutôt que d'utiliser les mesures directes ( y compris avec des GPS convenablement disposés) comme les auteurs de cet article, les chercheurs s'étaient basés essentiellement sur des hypothèses et des résultats de modèles qui s'avèrent donc, et pour le moins, gravement déficients.

Le résultat final de la fonte des glaces était surestimé d'un bon facteur 2, ce qui est évidemment considérable.

L'image ci-contre est extraite de l'article de Wu et al.

Estimation moyenne de la PDMT du globe (PDMT : Present Day Mass Trend :Evolution actuelle des masses) incluant la masse atmosphérique en équivalent d'épaisseur d'eau.

Code des sigles : AIS (Abbott Ice Shelf), ASE (Amundsen Sea embayment), DML (Dronning Maud Land), KIS (Kamb Ice Stream), RIS (Ross Ice Shelf), Totten (Glacier), WIS (Whillans Ice Stream), WL (Wilkes Land).

Les parties colorées en bleu indique les fontes de glace. Les parties colorées en jaune ou orange indiquent un renforcement.
Comme on peut le voir sur cette image, ce sont la partie Ouest de l'Alaska (Le Yukon), les parties périphériques du Groenland et la partie Ouest de l'Antarctique qui subissent des pertes de glace.
A contraire, la partie centrale du Groenland et le Kiss (en Antarctique) gagnent de la glace. Les taches jaune/orange visibles sur les continents indiquent que des glaciers se renforcent. Les taches bleues montrent ceux qui perdent de la glace.

Dans l'état actuel, la principale source d'eau de fonte se trouve au Groenland et dans le Yukon. La contribution de l'immense continent Antarctique est nettement moins importante. A vrai dire, la plus grande partie ne fond absolument pas.

Comme on le voit, la situation est nettement plus complexe qu'on voudrait nous le faire croire.

Cette autre image; extraite du même article illustre une comparaison entre les résultats des mesures de l'ajustement glaciaire isostatique (à gauche) effectuées par Wu et ses collaborateurs d'une part et, d'autre part, les tendances précédemment utilisées (à droite) déduites d'un modèle appelé ICE-5G/IJ05/VM2 .

Comme on peut le voir les divergences mesures/modèles sont considérables, notamment sur le Groenland, l'Antarctique et le Continent Asiatique. Comme chacun le sait (ou devrait le savoir) les résultats des modèles peuvent s'avérer complètement erronés.

La conclusion de l'article aborde la question cruciale qui concerne la contribution de la fonte de glaces à la hausse du niveau des mers. Comme on l'imagine, les estimations précédentes qui figurent dans tous les rapports qui traitent de ces question, devront être sérieusement revues à la baisse. Voici cette conclusion :

Implications and perspectives
The simultaneous kinematic global inversion presented here allows us to separate the global PDMT (NDT : Present Day Mass Trend) and GIA (NDT :Glacial Isostatic Adjustement) signatures in the geodetic data with unprecedented precision. These results are achieved by combining the multi-satellite high-precision geodetic data with the a priori information on GIA dynamics and the relatively well-constrained spatial extent of deglaciation from glacio-geological data. The GIA improvement and the enhanced resolution and accuracy from the data combination result in (about a factor of two) smaller mass loss estimates for Greenland and Antarctica during 20022008 than other recent GIA-corrected GRACE estimates. The non-steric mean sea level rise is estimated to be 0.54±0:3mm/yr (global) and 0.70±0:3mm/yr (±66°). The time span of the geodetic data, however, is still short. For example, the SLR-observed J2 during 2002-2008 greatly contradicts that of the longer-term (33 years) SLR tracking data. This indicates that the estimated PDMT in J2 or any other PDMT coefficients may be interannual or decadal in nature rather than a century-scale secular trend. Our GIA estimates reveal significant new features in areas where GIA models are known to be poor…

Implications et perspectives

"L'inversion cinématique simultanée globale présentée ici nous permet de séparer les signatures de l'Evolution Actuelle de la Masse (PDMT) et l'Ajustement Glaciaire Isostatique (GIA) dans les données géodésiques avec une précision sans précédent. Ces résultats sont obtenus en combinant les données géodésiques multi-satellites de haute précision avec des informations a priori de la dynamique (GIA) de l'ajustement glaciaire isostatique ainsi que de l'étendue spatiale (relativement bien délimitée) de la déglaciation à partir des données géologiques glaciaires. L'amélioration de l'ajustement glaciaire isostatique et l'augmentation de la résolution et de la précision obtenue à partir de la combinaison des données, résultent en une estimation en baisse (environ d'un facteur deux) de la perte de glace du Groenland et de l'Antarctique pendant la période 2002-2008 par rapport aux autres estimations (corrigées de l'ajustement glacial isostatique) obtenues par GRACE. La hausse non-stérique (NDT : C'est à dire, hors dilatation thermique) du niveau des mers est estimée à 0,54±0,3mm/an (globale) et à 0,70±0,3 mm/an (entre les latitudes +66 et -66°). Cependant, la période couverte par les données géodésiques, est encore courte. Par exemple, la hausse du niveau des mers observée par Jason-2 de 2002 à 2008 contredit fortement la tendance pour une plus longue durée (33 ans). Ceci montre que l'estimation de la PDMT (Le mouvement de masse actuel) observé dans Jason-2 ou de tout autre coefficient PDMT, doit être de nature interannuelle ou décennale plutôt qu'une tendance à l'échelle centennale. Notre estimation de l'ajustement glacial isostatique met en évidence de nouvelles observations dans des zones où les modèles de l'ajustement glaciaire isostatique sont connus pour être défaillants…."

3) Sur le site de l'Université TU de Delft, on trouve un article explicatif ainsi que des déclarations de chercheurs qui ont participé à cette étude.

"S'appuyant sur ce principe (NDT : c'est à dire sur les mesures de GRACE), les estimations antérieures pour la couverture glacée du Groenland avaient calculé que la glace fondait au rythme de 230 gigatonnes par an. Ceci résulterait en une hausse du niveau moyen des mers d'environ 0,75mm/an. Pour ce qui est de l'Antarctique Ouest, l'estimation était de 132 gigatonnes par an. Cependant, il apparaît maintenant que ces résultats n'étaient pas correctement corrigés de l'ajustement glacial isostatique qui correspond au phénomène de rebond de la croûte terrestre du fait de la fonte des couvertures massives de glace depuis le dernier âge glaciaire, il y a quelques 20.000 ans. Ces mouvements de la croûte terrestre doivent être incorporés dans les calculs, parce que ces mouvements verticaux modifient la distribution de la masse terrestre et, en conséquence, ont aussi une influence sur le champ gravitationnel." …

"L'aspect innovant de notre méthode consiste à comparer de manière simultanée le changement présent de la masse glaciaire et l'ajustement glacial isostatique avec les observations, plutôt que de supposer que tel ou tel modèle d'ajustement isostatique est correct " a déclaré le Dr Vermeesen. " Pour ce qui concerne en particulier le Groenland, nous avons trouvé que l'ajustement glacial isostatique diffère assez fortement des hypothèses généralement acceptés."…

4) Dans le même volume de la revue NATURE Geoscience et dans la section "news and views" (Nature Geoscience 3, 596 – 597 (2010)), d'autres chercheurs, spécialistes des glaces polaires, illustrent les résultats obtenus par Wu et al :

David H. Bromwich and Julien P. Nicolas
The Polar Meteorology Group, Byrd Polar Research Center, Ohio State University.

Voici, extraite de ce court article, la figure qui nous dit tout sur la différence considérable qui existe entre les précédents estimations et les nouvelles :

Légende la figure : " Cumulative mass loss of Greenland’s ice sheet. The estimate by Wu and colleagues of Greenland ice-mass loss since 2003 (red) is considerably lower than an earlier predicted value (blue), owing in part to larger than previously estimated subsidence rates of the underlying bedrock. Only the blue curve was corrected for changes in atmospheric mass, but these corrections are small over Greenland, and the curves and their differences can thus be interpreted in terms of contribution to global mean sea level (right-hand scale). The shaded areas reflect stated uncertainties."

"La perte de masse cumulée de la glace du Groenland.
L'estimation de Wu et de ses collègues de la perte de masse de la glace du Groenland depuis 2003 (en rouge) est considérablement plus faible qu'une valeur initialement prévue (en bleu), ceci étant dû en partie à un taux de subsidence du lit rocheux sous-jacent plus important qu'estimé auparavant. Seule la courbe bleue a été corrigée de la masse atmosphérique (NDT : comme expliqué dans un billet précédent) mais ces corrections sont faibles pour le Groenland de telle manière que les graphes et leur différence peuvent être interprétés en termes de contribution au niveau global des mers (échelle de droite). Les zones colorées indiquent les incertitudes estimées."

Comme vous le voyez, il ne s'agit pas d'un détail : Les glaces fondent deux fois moins vite que ce qui avait été affirmé auparavant (y compris dans le rapport AR4 du GIEC). Soit environ 0,3 mm/an d'équivalent de hausse du niveau des mers au lieu de 0,63 mm/an.
A noter que " Laury Miller de la NOAA et Bruce C. Douglas de l’Université de Floride pointaient déjà du doigt, dans un article publié dans la revue Nature, le fait que la dilatation thermique et la fonte des glaces ne permettaient pas d’expliquer l’élévation moyenne globale de 2 mm/an environ, car les vitesses d’augmentation de volume et les quantités de glaces fondues ne pouvaient se traduire que par une hausse, d’au mieux, 0,5 mm/an."

5) Quelques commentaires :

– Tout d'abord, il est évident qu'il faut revoir à la baisse les estimations du rapport AR4 (2007) du GIEC qui prévoyait une hausse du niveau des mers de quelques 18-59 cm en 2100. Il est tout aussi évident que les estimations catastrophiques de certains (telles que celles de Rahmstorf et de ses collègues qui avaient, à tort, protesté contre les "sous-estimations" (selon eux) du GIEC, (ainsi que je l'avais évoqué dans un billet de Jan. 2009 au sujet du Groenland) devraient être sérieusement corrigées. Idem pour les quelques mètres de hausse prévues par Al Gore ou J. Hansen.

On peut (?) espérer que cet article de Wu et al sera pris en compte dans le prochain rapport AR5 (2014) du GIEC. Néanmoins, compte tenu des précédents dans ce domaine, rien n'est moins sûr…

– Les résultats de cette recherche sur la fonte des glaces polaires sont franchement rassurants. La fonte des glaces polaires et environ deux fois moins importante qu'on le pensait.
Le grand public devrait en être informé.
Hélas, il ne faut pas trop y compter en cette période où les micros et les caméras ne sont tendus par des journalistes dits scientifiques qu'à des "experts" qui viennent, à chaque instant, clamer haut et fort que "c'est pire que nous le pensions", voire que "c'est la fin du monde".

Cependant, dans certains pays démocratiques, une partie de la presse, surtout via Internet, tente de faire son travail en rapportant aussi bien sur les bonnes nouvelles que sur les moins bonnes.
Une toute petite revue de presse s'impose. Voici quelques organes de presse qui ont rapporté sur ces travaux publiés dans une revue prestigieuse entre toutes :

Daily Mail (UK): " Les calottes polaires fondent "deux fois moins vite que prévu".
… à rapprocher par exemple de cet article alarmiste du Telegraph (publié en sept 2009) " Les scientifiques trouvent une fonte de la glace polaire plus grande que l'on pensait ". C'est plutôt cocasse. .
Daily Tech (US) : "Les estimations de la fonte de la glace polaire se réduisent plus vite que les glaces polaires elles-mêmes."
L'AFP, version en anglais (en progrès ! encore que..) "Climat : Une nouvelle étude démolit l'estimation de la perte des glaces polaires".
Science Daily (US) : "Le taux de fonte des calottes polaires plus faible qu'attendu."

Une petite fraction de la presse francophone (merci au lecteur attentif) a publié quelques infos sur cette nouvelle importante :

Suisse : Vingt Minutes online : "La calotte glaciaire fond moins vite"
France : Rue 89 : Une brève note :"La fonte de la calotte glaciaire serait surévaluée".
France : Le Figaro : "Calotte glaciaire : fonte surévaluée".
Liban : L'orient- le jour.com : "La fonte de la calotte glaciaire serait-elle surévaluée ?".
Canada : Cyberpresse.ca : "La fonte de la calotte glaciaire aurait été surévaluée".

Comme on le constate, les titres sont très semblables. En réalité, ces dépêches sont très largement inspirées voire copiées-collées sur celle de l'AFP.

Beaucoup, et pas des moindres (télés, radios, grands quotidiens), manquent encore à l'appel (sauf omission de ma part). Ils n'avaient pourtant pas laissé passer ça. (le 20 Janvier 2010) à propos de la fonte des glaces. On trouve, dans cet article journalistique, des phrases typiques de ce genre de prose, telles que " l’accélération récente de leur fonte est encore plus marquée que ce que l'on pensait " (sic).
Il est instructif de comparer les estimations de la contribution à la hausse du niveau des mers, lues dans cet article français du 20 janvier 2010, avec celles qui sont indiquées dans l'article de Wu et al.
A noter que les experts invités par le journaliste, auteur de cet article francophone, ont aussi utilisé les données de GRACE ainsi que, certainement, les données traditionnelles de la correction due à l'ajustement glaciaire isostatique, démontées par le présent papier de Wu et al.
On attend des éclaircissements et surtout un compte-rendu objectif avec des citations exactes de l'article de Wu et de se collègues…
On peut toujours espérer.