Mesurer la glace ? pas de quoi en faire des vagues

La fonte inéluctable des glaces de mer rend nécessaire d’en estimer l’épaisseur. C’est possible, il suffit pour cela de mesurer les vagues…

La couverture de glace au niveau des pôles a beaucoup diminué depuis 1979, année des premières observations satellitaires, le réchauffement direct de notre atmosphère et les différents phénomènes physiques associés (modification des courants, intensification des événements climatiques extrêmes…) en sont les principaux responsables. Ainsi dans les régions polaires, les interactions entre les vagues et la glace sont de plus en plus importantes. En Arctique, l’étendue des glaces ayant considérablement diminué, la surface d’océan en eau libre a augmenté permettant aux vagues de se déployer. En Antarctique, les vagues ont un effet stabilisateur, elles viennent compresser la glace et lui opposent ainsi  une résistance à l’éloignement vers l’équateur et des eaux plus chaudes où elle fondrait.

Quand les vagues arrivent à hauteur d’un objet flottant, il les réfléchit et/ou les amortit, tout comme la quantité de mouvement qu’elles transportent. Cela produit une force horizontale sur l’objet (ici la glace de mer) qui peut amener son déplacement ou sa déformation. La compression entraîne l’épaississement des couches de glace flottantes sous forme d’empilements verticaux des morceaux de glace présents dans la zone de transition entre l’océan et la banquise (cf. fig. 1), c’est la Zone Marginale de Glace (ZMG). Les morceaux de glace, formant initialement une seule couche morcelée à la surface de la mer, peuvent se retrouver compressés jusqu’à se soulever pour s’empiler sur d’autres.  C’est le mouvement incessant des vagues qui favorise ce soulèvement en modifiant constamment les espacements et hauteurs des glaces flottantes. A partir d’un certain point, la force exercée par les vagues devient insuffisante pour compresser d’avantage la glace qui arrête alors d’épaissir.

L’étude présentée ici s’appuie sur la capacité de calculer la variation du mouvement de la glace à la surface de l’océan lorsqu’elle est soumise aux contraintes qui s’opposent à sa déformation : les contraintes externes sur la glace (les vagues, le vent, les courants) et la contrainte interne à la glace. Prenons l’exemple d’une boule de neige : la contrainte externe lui est imposée par nos mains qui tassent la neige tandis que la résistance de la neige au tassement, constitue la contrainte interne. L’opposition de ces deux contraintes, permet d’obtenir une boule de neige compacte, de taille constante pour une quantité de neige donnée.

Fig. 1 : Agrégation et compactage des morceaux de glace par les vagues (provenant de la gauche) vers la banquise (à droite)

Lorsque la glace ne bouge plus, on dit que le système glace-océan-atmosphère est à l’équilibre. Les contraintes externes et internes s’égalisent (la boule de neige est constituée et ne se tasse plus). Connaître la valeur de l’une des deux contraintes, c’est connaître la valeur de l’autre, on peut donc estimer les contraintes internes par des mesures extérieures (via un satellite par ex.), or comme on sait relier mathématiquement les contraintes internes à l’épaisseur de la glace, on peut alors déterminer celle-ci à partir de mesures océanographiques !

Des expériences ont ainsi été réalisées dans le parc national du Bic, véritable laboratoire naturel au long de l’estuaire du fleuve Saint-Laurent (Canada). Durant l’hiver et malgré une couverture de glace presque totale, une partie du fleuve reste cependant libre de glace  par l’apport en eaux plus chaudes, provenant de l’océan Atlantique. Lors d’épisodes venteux, des vagues s’y forment (ce serait impossible si toute la surface du fleuve était gelée) permettant ainsi l’étude d’une ZMG. Des mesures comparatives de courant, de vent et d’épaisseur de glace ont donc pu y être effectuées. Des bouées équipées de capteurs de mouvements et placées en différents points toujours plus éloignés du bord, ont permis d’effectuer des mesures de vagues (cf. fig. 2a) ; ce positionnement permet d’évaluer l’atténuation progressive des vagues par la glace. On observe ainsi (cf. fig. 2b) que l’énergie des vagues, mesurée pour chaque bouée, diminue à mesure qu’on s’éloigne de la zone d’eau à l’air libre, en suivant une loi de décroissance exponentielle.

En pratique, cette atténuation peut être ici associée à trois phénomènes : la réflexion des vagues sur la glace et vers le large, la dissipation de l’énergie des vagues par la turbulence (remous occasionnés par la rencontre entre les vagues et la glace) ou encore la friction entre morceaux de glace. Le premier phénomène reste négligeable car les morceaux de glaces sont de petites tailles vis-à-vis de la longueur des vagues (ce n’est pas toujours le cas). Le second n’a pas pu être mesuré durant les missions de terrain (mais compte tenu d’autres observations, il peut ne pas être négligeable). Ainsi, si l’atténuation examinée ici tient compte uniquement de la friction des glaces (troisième phénomène), il faut souligner que le résultat final est probablement sous-évalué, car l’effet de turbulence n’a pas été pris en considération.

Fig. 2a : Zone d’étude avec le parcours réalisé par les bouées lors d’une des séries de mesures. L’échelle de couleur indique le temps associé à la position de chaque bouée.

Fig. 2b : Atténuation de l’énergie E des vagues en fonction de la distance Xice au bord de glace. Plus la couleur est foncée, plus la bouée considérée se situe loin du bord.

Les mesures d’épaisseur ont été réalisées via des trous percés dans la glace, on y a introduit un bâton terminé d’un crochet afin de ne pas dépasser la surface inférieure du glaçon. Les mesures de vent et de courant ont montré que leur effet sur la glace reste négligeable comparé à celui des vagues. De ce fait, la mesure de l’atténuation des vagues permet directement d’estimer l’évolution de la contrainte externe des vagues sur la glace et celle de l’épaisseur de glace en fonction de la distance au bord de glace (cf. fig. 3).  Cette épaisseur croît rapidement jusqu’à atteindre une valeur maximale constante, concomitante à la disparition totale des vagues. La modélisation de l’évolution d’épaisseur de la glace correspond bien aux mesures effectuées sur le terrain. La disparité des mesures individuelles est due à la forte variabilité de l’état de surface de la glace.

Fig. 3 : Evolution de l’épaisseur de glace ζ divisée par l’épaisseur de glace à l’équilibre ζeq en fonction de la distance au bord de glace χ. La ligne noire désigne le modèle mathématique, les ronds  les mesures par bouée, les croix les mesures directes de l’épaisseur, les carrés et le losange jaunes les moyennes des croix.

Ces résultats sont encourageants pour la communauté scientifique. En effet contrairement aux mesures des vagues observées toujours plus précisément via les données satellitaires, les estimations d’épaisseur de glace restent très difficiles à réaliser dans des conditions identiques. Grâce à cette découverte, l’estimation par satellite de l’épaisseur des glaces à partir des mesures de vagues devient envisageable (au moins dans des conditions similaires à celles présentées dans cette étude).

Médiation scientifique:

Assurée par Luc Barast, doctorant de lÉcole Doctorale des Sciences de la Mer et du Littoral (EDSML – Université Bretagne – Loire), en 1ère année de thèse dans l’équipe SIAM au sein du Laboratoire d’Océanographie Physique et Spatiale (LOPS) à l’Ifremer.

L’article

Marginal ice zone thickness and extent due to wave radiation stress.

https://doi.org/10.1175/JPO-D-17-0167.1

Les auteurs

Ce travail résulte d’une collaboration entre Peter Sutherland, (Ifremer, Univ. Brest, CNRS, IRD, Laboratoire d’Océanographie Physique et Spatiale, IUEM, Brest, France) et Dany Dumont (Institut des Sciences de la Mer de Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Rimouski, Quebec, Canada) autour du projet BicWin, à propos de l’étude des phénomènes physiques et océanographiques des ZMG à partir du laboratoire naturel que constitue le parc du Bic.

La revue

« Journal of Physical Oceanography » est une revue publiée par l’American Meteorological Society. Elle traite de la physique des océans et des processus ayant lieux à leurs frontières. Les articles qui y sont publiés sont tout aussi bien basés sur de la théorie, des mesures de terrain ou par satellite, ou encore sur des résultats numériques.

Pour en savoir plus
https://www.quebecscience.qc.ca/sciences/les-10-decouvertes-de-2018/mesurer-force-vagues-canot-a-glace/

Contacts

Auteurs : consulter l’annuaire de l’IUEM

Bibliothèque La Pérouse : Suivi éditorial, rédaction, corrections et mise en page : Fanny Barbier

Service Communication et médiation scientifique : communication.iuem@univ-brest.fr

Prix de thèse du CNFGG accordé à Arthur Avenas – UMR LOPS

Prix de thèse du Comité National Français de Géodésie et Géophysique (CNFGG) dans la catégorie Géophysique accordé à :

Arthur Avenas, UMR LOPS,  pour sa thèse intitulée “Dynamique du cyclone tropical révélée par observations satellites de la vitesse des vents de surface : la contribution majeure de la structure du vent de surface près du cœur », préparée à l’École nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de Loire et soutenue le 28 mars 2024.

“Dynamique du cyclone tropical révélée par observations satellites de la vitesse des vents de surface : la contribution majeure de la structure du vent de surface près du cœur »

Malgré les avancées dans la prédiction de la trajectoire des cyclones tropicaux et des vitesses de vent dans la région externe, la représentation numérique des vents les plus forts associés aux événements les plus intenses demeure une question ouverte, principalement en raison de la faible taille du cœur du cyclone et de la difficulté à comprendre et résoudre les échanges turbulents entre l’océan et l’atmosphère. Les limitations observationnelles ont longtemps entravé des mesures précises de la surface océanique près de la région centrale dans des conditions de vent extrême, tandis que les satellites géostationnaires aident à caractériser les motifs nuageux mais ne donnent pas d’information directe sur l’interface air-mer. Récemment, le radar à ouverture de synthèse (SAR) a émergé comme une technologie satellitaire prometteuse capable de produire des mesures bidimensionnelles haute résolution des vitesses du vent à la surface de l’océan, grâce à de nouveaux modes d’acquisition et à des développements algorithmiques. Compte tenu de ces nouvelles opportunités d’observation, nous explorons la contribution des caractéristiques structurelles près du cœur, exclusivement discernables à travers des instruments haute résolution, à la dynamique des cyclones. En utilisant un cadre théorique simple et examinant sa cohérence avec les mesures SAR, nous démontrons que les vents en surface près du cœur contrôlent l’évolution de la structure du vent du cyclone. Le cadre développé permet d’illustrer comment les futures mesures des caractéristiques de la couche limite océan-atmosphère pourraient bénéficier du suivi à court et à long terme des cyclones tropicaux.

AMOC, le climat à contre-courant – Pascale Lherminier, UMR LOPS, sur France Culture

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En 2023, Le GIEC jugeait très improbable un effondrement de l’AMOC d’ici la fin du siècle. Dans une récente lettre, certains experts estiment ce risque sous-estimé. Qu’est-ce que ce courant ? Comment influence-t-il le climat ? Son effondrement est-il imminent ? Quelles en seraient les conséquences ?

Avec

  • Didier Swingedouw Climatologue au Laboratoire Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC), à Bordeaux.
  • Pascale Lherminier Physicienne à l’Ifremer, UMR LOPS à Brest

Consulter la rediffusion de l’Emission ici

Le réchauffement climatique menace un vaste ensemble de courants marins dans l’océan Atlantique : l’AMOC. Selon 43 experts internationaux, nous avons sous-estimé les risques de sa mise à l’arrêt. Quels en serait les conséquences ?

L’AMOC, pour l’acronyme anglais de « circulation méridienne de retournement de l’Atlantique », est un système de courants océaniques, dont le Gulf Stream fait partie. C’est l’un des moteurs importants du climat, qui joue un rôle crucial dans la redistribution de la chaleur sur l’ensemble de la planète et c’est notamment grâce à lui que notre climat en Europe occidentale est tempéré. Dans une récente lettre, des experts insistent sur les effets collatéraux de son ralentissement, voire de son effondrement. Car il s’agit désormais d’un risque probable.

© RadioFrance

Live Youtube du master Biologie le 11 février de 18h à 20h

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Grégory Charrier, maître de conférence à l’UBO et responsable du master SML biologie propose une présentation de la formation le 11 février de 18h à 20h lors d’un Live organisé sur la plateforme Youtube.

Ce live sera l’occasion d’une part de présenter le contenu et les objectifs de cette formation, et d’autre part de détailler les modalités de candidature en Master 1 et Master 2.

L’enregistrement du Live restera accessible pour un visionnage ultérieur.

Le live aura lieu ici : https://www.youtube.com/@GregoryCharrier

Retour sur la journée annuelle de la Zone Atelier Brest-Iroise : entre science et territoire

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Le 18 novembre 2024, la Journée annuelle de la Zone Atelier Brest-Iroise (ZABrI) s’est tenue à l’Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM) à Plouzané. Cet événement, qui a rassemblé environ 60 participants, avait pour thème central la co-construction entre scientifiques et acteurs du territoire. L’objectif : explorer et renforcer les collaborations pour une meilleure compréhension et gestion des socio-écosystèmes.

Des échanges enrichissants autour de la co-construction

La journée a débuté par une introduction et des présentations de projets illustrant la diversité des approches pluridisciplinaires et transdisciplinaires. Les participants ont pu découvrir, entre autres, le projet ETICS sur le développement de méthodes innovantes basées sur la biologie moléculaire pour l’écologie trophique et le projet DYNARADE, axé sur la gestion partagée des environnements côtiers de la rade de Brest, avec l’exemple de la Spartine.

Trois sessions thématiques ont suivi, offrant des perspectives variées sur la co-construction. Les présentations ont mis en lumière l’importance d’une coopération étroite entre chercheurs, collectivités, associations et autres parties prenantes pour aborder les enjeux environnementaux. Des exemples inspirants, mettant en lumière, par exemple, le rôle des réserves de biosphère dans le renforcement des partenariats, les démarches d’observation participatives, l’implication des collectivités dans la gouvernance, l’importance et les modalités de la médiation dans le partage des connaissances et la transformation des pratiques, ont illustré la diversité des projets et des dynamiques partenariales portés dans la ZABrI et les autres Zones ateliers.

Des ateliers collaboratifs pour bâtir l’avenir

La seconde partie de l’après-midi était consacrée à des ateliers. Répartis en groupes, les participants ont réfléchi aux démarches de co-construction en lien avec différents types d’acteurs : les collectivités, la société civile et les gestionnaires de milieux naturels. Ces échanges ont permis de dégager des leviers d’action pour enrichir les collaborations et améliorer les pratiques existantes.

Une conclusion tournée vers l’action

La restitution des ateliers en fin de journée a offert une synthèse des réflexions et des propositions, confirmant l’engagement des participants à poursuivre cette dynamique collaborative. Fred Jean, directeur de l’IUEM, a clôturé l’événement en soulignant l’importance de renforcer les liens entre science et territoire face aux défis environnementaux.

Cette journée a été une réussite, nourrissant les réflexions autour la construction de partenariats étroits et durables au service des socio-écosystèmes. L’approche transdisciplinaire portée par la ZABrI illustre comment la recherche peut s’inscrire dans une démarche collective pour répondre aux enjeux environnementaux locaux et globaux.

 

Journées Portes Ouvertes de l’UBO à Brest

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Ce samedi 1er Février, l’Université de Bretagne Occidentale (UBO) tient ses Journées Portes Ouvertes. Les enseignants-chercheurs de l’IUEM présenteront les 8 masters du domaine Sciences de la Mer et du Littoral (SML) dans les facultés de l’université à Brest :

  • Faculté des Sciences et Techniques : Masters Biologie, Biotechnologies, Chimie marine, Physique, STPE (Sciences de la Terre, des Planètes et de l’Environnement)
  • Faculté de Droit, Économie, Gestion et AES : Masters Économie Appliquée (E2AME), droit des espaces et des activités maritimes (DEAM)
  • Faculté de Lettres et Sciences humaines : Gestion de l’environnement (EGEL)

Toutes les informations concernant les Journées Portes Ouvertes de l’UBO sont à retrouver sur le site internet de l’université.

L’IUEM n’ouvrira pas ses portes à Plouzané cette année mais en 2026.

 

Bonne année 2025 !

La Direction de l’IUEM souhaite à tous les personnels et étudiants de l’institut une excellente année 2025 !

Comité de pilotage du Living Lab Ponant

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Connaissez-vous les Solutions fondées sur la Nature (SfN) ? L’idée est de faire avec la nature et pas contre !

Ce concept repose sur des approches qui allient la protection, la gestion et la restauration des écosystèmes naturels afin de relever divers défis sociétaux. En s’inspirant des écosystèmes eux-mêmes, ces solutions offrent des bénéfices environnementaux, économiques et sociaux tout en favorisant la biodiversité.

Créé 2023, le PEPR SOLU-BIOD est un programme ambitieux dédié à la production de connaissances sur les SfN. Regroupant 60 équipes de recherche et 160 acteurs territoriaux, ce programme s’étendra jusqu’en 2032 pour accompagner des changements sociétaux profonds et durables.

Parmi les initiatives portées par ce programme, le Living Lab Ponant, piloté par Adélie Pomade, se concentre sur la pointe bretonne, notamment autour de la rade de Brest et de la mer d’Iroise. Cette déclinaison régionale explore le potentiel des SfN pour répondre aux défis locaux.

Le troisième comité de pilotage du Living Lab Ponant s’est tenu mardi 21 janvier 2025 , rassemblant de nombreux partenaires tels que le Parc Naturel Régional d’Armorique, le Conservatoire Botanique National de Brest, l’UBO, Ifremer, le CNRS et bien d’autres. Après une matinée de discussions, une sortie terrain à la Pointe du Bindy puis dans l’Anse du Roz, a permis d’observer la spartine et le potentiel des solutions fondées sur la nature, en présence des élus locaux et des acteurs territoriaux.

Edition 2025 de la formation Comprendre les enjeux environnementaux de l’économie maritime

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Du 7 au 11 juillet 2025  aura lieu la formation « Comprendre les enjeux environnementaux de l’économie maritime » organisée conjointement par le Campus mondial de la mer et l’UBO. Cette formation se déroulera à Brest et à Roscoff et sera comme l’édition précédente organisée en deux sessions : la session initiation et la session approfondissement.

Les inscriptions sont ouvertes jusqu’au 30 avril 2025 sur ce lien.

 

Colloque annuel de l’IR ILICO : Les 8 jours de l’Observation Littorale et Côtière

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ILICO organise annuellement, autour de son Assemblée Générale, un Colloque dédié à des échanges et réflexions sur des questions scientifiques transversales relevant du domaine littoral et côtier. L’événement 2024 avait un format étendu sur 8 jours.

Le premier temps fort s’est déroulé à l’UBO Plouzané-Brest du 18 au 20 novembre avec les réunions d’instances et  l’Assemblée Générale. Les membres des 10* services labellisés (Service National d’Observation (SNO) ou Code Communautaire (CC)) se sont retrouvées pour présenter les ‘success stories’ qui contribuent à structurer l’IR, le projet d’infrastructure européenne JERICO RI (candidat en 2025 à intégrer la feuille de route ESFRI) et d’échanger sur les 5 projets relevant du domaine littoral et côtier financés dans le cadre du PPR Océan et Climat. La réunion conjointe du Comités des Parties Prenantes et du Comité des Services Labellisés et l’instance du Conseil Scientifique de l’IR se sont également tenues lors de ces journées.

Le colloque scientifique EVOLECO 2024 s’est déroulé du 20 au 22 novembre. A l’origine de de cet évènement est une initiative lancée par les coordonnateurs de SNO de l’IR ILICO afin d’organiser un colloque éponyme et de fédérer les communautés des sciences marines côtières produisant ou exploitant des jeux de données (pluri-)décennaux. L’édition Brest-Plouzané a été plébiscitée, comme celles à Bordeaux (2017) et La Rochelle (2021), son succès témoignant en partie de la concentration d’acteurs impliqués dans l’Observation localement (IUEM, Ifremer, OFB …).

Ensemble, l’événement à Brest-Plouzané a réuni plus de 200 inscrits provenant de plus de 30 unités de recherche, des agences gestionnaires de l’environnement, du secteur privé et de l’associatif. Les 3 façades de l’hexagone et les différents bassins de l’outre mer ont été représentés.

Un bon nombre des participants de la semaine à Brest ont joué les prolongations à Paris Sorbonne Université le 26 novembre lors du 1er Symposium de l’IR ILICO dédié à l’Observation littorale et côtière en Outremer (70 présents et 25 en distanciel). Le symposium outremer en présentiel à Paris est une opération que l’IR ILICO souhaite organiser tous les 5 ans pour animer le réseau tout en limitant le bilan carbone de l’événement. Entre temps, divers ateliers s’effectueront en visio et/ou par bassins, selon les opportunités.

Les présentations et des synthèses des échanges (ateliers / tables rondes) seront mises à disposition progressivement sur le site web de l’IR.

 

Pour plus d’information : direction@ir-ilico.fr & www.ir-ilico.fr

 

Troisième forum frontalier Chine-Europe sur les progrès des sciences et technologies océaniques

Le troisième forum frontalier Chine-Europe sur les progrès des sciences et technologies océaniques (FFPOST2) s’est tenu à Shanghai et on-line les 18 et 19 novembre 2024. Il était organisé par Paul Tréguer (IUEM-UBO, European Academy of Sciences EurASc) et Jing Zhang (ECNU, Chinese Academy of Sciences), dans le cadre de la décennie des Nations unies pour les sciences océaniques au service du développement durable (2021-2030).

Une cinquantaine de participants ont assisté à l’événement, avec des retransmissions en direct qui ont été suivies par environ 6 000 personnes. Vingt-quatre orateurs invités ont présenté des communications. Les progrès sont remarquables en ce qui concerne l’utilisabilité des océans jumeaux de Ditigal et de l’IA en physique et biogéochimie et en gestion côtière. Tous les déploiements de systèmes d’élimination du dioxyde de carbone (CDR) entraîneront un efflux compensatoire de CO2 ou une réduction de l’afflux à partir de tous les réservoirs naturels, ce qui souligne la nécessité de mettre en place des systèmes réalistes d’élimination du dioxyde de carbone sur terre, dans les océans et dans les eaux bleues. Les puits de carbone dus à la pêche sont en cours d’évaluation, et l’extension de la zone de minimum d’oxygène a été démontrée. Les impacts de l’élévation du niveau de la mer et des événements extrêmes tels que les vagues de chaleur sont des questions clés pour l’avenir proche. Les premiers coûts économiques de l’inondation des côtes sont désormais disponibles. Les progrès spectaculaires des outils et des réseaux d’observation de l’océan ont été mis en évidence.

Pour des information plus détaillées, un rapport synthétique est disponible sur ce lien.