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Les ondes sismiques pour comprendre la formation des icebergs

Des scientifiques de l'IPGP ont analysé les séismes provoqués lors du détachement d'iceberg d'un glacier. Pour la première fois, ils ont mis en évidence les différentes sources de ces séismes.

Les ondes sismiques pour comprendre la formation des icebergs

Date de publication : 19/02/2016

Grand Public, Presse, Recherche

Thèmes liés : Risques naturels

L’évaluation et la caractérisation des forces mises en jeu lors du détachement d’icebergs d’un glacier est primordiale pour comprendre les processus dynamiques à l’oeuvre et quantifier les pertes de masse des glaciers des calottes polaires. En combinant l’analyse des données sismiques à des images filmées du détachement d’icebergs, une équipe de chercheurs de l’IPGP, de l’ENSAM (CNRS) et de l’ETH Zurich révèlent les sources et mécanismes à l’origine de la sismicité et montrent le potentiel de la sismologie pour l’étude de la dynamique des calottes polaires.

L’augmentation de la température globale de la Terre et en particulier celle des océans menace directement les calottes polaires. L’accélération de l’amincissement et du retrait des glaciers côtiers en sont la démonstration, notamment au Groenland. Ce retrait s’accompagne de la désintégration des langues de glace flottantes et du détachement (vêlage) d’icebergs colossaux, dont le taux a considérablement augmenté ces dix dernières années. La connaissance des processus et du taux de vêlage est particulièrement importante pour quantifier leur contribution à l’augmention du niveau des mers.

Image satellite (© NASA) du Jakobshavn Isbrae et son fjord

Les vêlages d’icebergs génèrent des séismes dits glaciaires, de magnitudes comprises entre 3 et 5. Ces icebergs ont un volume considérable pouvant aller jusque plusieurs dizaines de millions de mètres cubes. Du fait de leur géométrie particulière, ils sont en déséquilibre gravitaire, et, une fois détachés du front du glacier et flottant dans l’eau environnante, ils se retournent lentement.

Durant ce long processus (5 à 10 min), ils frottent et compressent éventuellement le terminus (l’endroit ou le glacier rejoint la mer). Dans leur étude, les scientifiques s’intéressent à l’épisode de vêlage du 21 août 2009. Ils calculent la force induite en inversant les signaux sismiques longues-périodes de cinq stations du réseau groenlandais GLISN.

Les variations de l’amplitude de la source, de sa durée et de sa distribution en fréquence ont permis d’identifier quatre forces à l’origine du signal sismique. La première est générée lors d’une avalanche de débris de glace le long du front de vêlage, déclenchée par le détachement d’un premier iceberg et l’initiation de sa rotation. Les deuxième et troisième parties du signal sismique ont pour source les forces de contact appliquées sur le terminus par le vêlage bottom-out (le toit de l’iceberg se déplace vers le glacier) du premier iceberg, et par le vêlage top-out (le toit de l’iceberg se déplace vers la mer) d’un second iceberg, trois fois plus petit. Enfin, les chercheurs mettent en évidence des forces agissant tout le long de la séquence de vêlage, interprétées comme des forces de friction et de cisaillement sur les parois du terminus et du fjord, induites par l’accélération du mélange flottant de débris de glace initié par la rotation des icebergs

Orientation des forces associées à chaque sous-évènement et leur variation. Sergeant et al, 2016

Cette étude révèle la complexité de la force à l’origine des séismes glaciaires induits par le vêlage d’icebergs. Grâce ces résultats, les chercheurs pourraient étudier des évènements de même type pour lesquels on ne dispose pas d’observations visuelles. L’obtention de l’histoire précise de la force est une importante avancée qui permettra de contraindre les modèles mécaniques et dynamiques du phénomène de vêlage, afin de caractériser les volumes d’icebergs et estimer les fluctuations de masse des calottes polaires.

 

Réf : Sergeant, A., A. Mangeney, E. Stutzmann, J.-P. Montagner, F. Walter, L. Moretti, and O. Castelnau (2016),Complex force history of a calving-generated glacial earthquake derived from broadband seismic inversion,Geophys. Res. Lett., 43, doi:10.1002/2015GL066785.

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