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25 septembre 2017 Antarctique: le vent sublime les flocons de neige

Grâce à une récolte de données inédites, une équipe internationale de chercheurs, dont Jean-Baptiste Madeleine du LMD, a observé et expliqué un phénomène ignoré jusqu'à présent, une diminution significative des précipitations neigeuses à proximité du sol sur les régions côtières de l’Antarctique. Elle serait dû aux vents catabatiques qui sublimeraient (passage de l'état solide à l'état gazeux) les flocons de neige avant qu’ils ne puissent atteindre le sol. Cette diminution doit être prise en compte dans l’estimation du bilan de masse de la calotte glaciaire afin de mieux prévoir la modification future du niveau des mers. L’étude paraît dans Proceedings of the National Academy of Sciences le 25 septembre 2017.

Une équipe de chercheurs suisses, français et britannique a procédé à une association inédite d’instruments de mesure entre 2015 et 2016 à la base scientifique française de Dumont d’Urville, sur la côte Est de l’Antarctique. Trois instruments différents ont ainsi été utilisés: un radar Doppler à double-polarisation, un pluviomètre à pesée et un profileur radar. Le premier permet d’obtenir des informations sur l’intensité des précipitations et leur composition. Le deuxième mesure le cumul de précipitations par «pesée», soit toutes les minutes, et a permis d’étalonner les estimations des deux radars. Ces deux instruments ont été déployés entre novembre 2015 et janvier 2016. Le profileur radar, dernier instrument emporté sur place, collecte des profils verticaux de l’intensité des précipitations, allant jusqu’à trois kilomètres d’altitude. Ce dernier est resté en fonctionnement continu à Dumont d’Urville depuis novembre 2015.

A l’aide de données inédites récoltées durant une année sur la côte de la Terre Adélie et de simulations effectuées avec des modèles atmosphériques, les auteurs de cette étude ont estimé à 17% la réduction du cumul de précipitations neigeuses par rapport à son maximum en altitude, à l’échelle du continent. Leurs mesures indiquent une réduction allant jusqu’à 35% sur les régions du pourtour de l’Antarctique de l’Est. Ce phénomène pourrait s’accentuer sous l’effet du changement climatique, selon les chercheurs.

Les résultats obtenus ont tout d’abord surpris les chercheurs: la forte baisse des précipitations enregistrée près du sol ne correspondait pas aux observations habituelles dans les autres régions du globe. "Quand nos collègues suisses et grenoblois ont obtenu leurs premiers résultats, après bien des aventures pour déposer ce radar de plus d'une tonne en Antarctique, ils ont tout de suite été étonnés de constater que la neige tombant au-dessus de leur tête n'atteignait pas la surface. Et ils se sont rendu compte que ce phènomène était très fréquent. En reproduisant les situations météorologiques associées avec LMDz, nous avons tout de suite vu qu'effectivement,les vents de pente secs dévalant la calotte expliquaient très bien ce phénomène. L'histoire reportée dans l'article a commencer à se tisser et le travail d'équipe est devenu de plus en plus intense !" explique Jean-Baptiste Madeleine.

Les chercheurs ont alors émis l’hypothèse que la diminution des précipitations observée dans les basses couches de l’atmosphère était liée à un phénomène de sublimation des cristaux par les vents catabatiques. Fréquents, ces forts vents proviennent des hauts plateaux du continent. Etant donné le peu de relief de la calotte antarctique, ils se renforcent et parviennent sur les côtes en créant un première fine couche d’air (jusqu’à 300 m d’épaisseur) saturée de neige soulevée et, au-dessus, une seconde couche d’air beaucoup plus sec. En traversant cette seconde couche, les flocons de neige formés dans les couches nuageuses plus en altitude se subliment, passant donc directement de l’état solide à l’état gazeux, ce qui diminue au bout du compte, la contribution des précipitations au bilan de masse de la calotte glaciaire. Cette couche correspond à une zone aveugle pour les satellites, à cause des échos de la surface, ce qui explique que le phénomène n’ait pas pu être observé par ce moyen jusqu’ici.

Les chercheurs ont ensuite identifié la présence des vents catabatiques capables de produire ce phénomène de sublimation dans la majorité des données de radiosondage disponibles auprès des stations scientifiques permanentes en Antarctique de l’Est. En utilisant différents modèles numériques validés par comparaison avec les mesures collectées en Terre Adélie, ils ont quantifié le phénomène à l’échelle du continent et montré l’influence significative de ce processus de sublimation sur le cumul de précipitation. "Pour nous, modélisateurs du climat, les données collectées par nos collègues suisses et grenoblois sont extraordinaires. Elles nous ont révélé, pour la première fois, la quantité de neige tombant au-dessus d'une région de l'Antarctique et ce, à toutes les altitudes. Pour modéliser la chute de neige, c'est une information essentielle qui nous manquait auparavant. Nous n'avions que la chute de neige à la surface. Maintenant, nous pouvons bien mieux comprendre les processus contrôlant la chute de neige en Antarctique et mieux la prévoir." explique encore Jean-Baptiste Madeleine.

Le bilan de masse de la calotte glaciaire est une donnée essentielle pour prévoir la hausse ou la baisse du niveau des mers. En raison du réchauffement climatique, les scientifiques s’attendent généralement à une augmentation des précipitations en Antarctique. L’interaction des vents catabatiques avec les précipitations pourrait toutefois remettre en cause ces prévisions et les complexifier. L’équipe planifie donc de nouvelles observations sur le continent afin de. compléter les données récoltées en zone côtière et de s'intéresser aux zones de topographie plus complexe. Des comparaisons avec différents types de modèles atmosphériques sont aussi prévues. Plus généralement, les chercheurs souhaitent contribuer à l’étude des effets du changement climatique sur les précipitations en Antarctique.

Référence : Jacopo Grazioli, Jean-Baptiste Madeleine, Hubert Gallée, Richard M. Forbes, Christophe Genthon, Gerhard Krinner and Alexis Berne, “Katabatic Winds Diminish Precipitation Contribution to the Antarctic Ice Mass Balance”, Proceedings of the National Academy of Sciences, 25 September 2017.

Communiqué INSU : http://www.insu.cnrs.fr/node/7189

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