Arctique: étudier les échanges glace/atmosphère pour mieux comprendre la vitesse de fonte de la banquise

Publié par Adrien le 29/11/2021 à 09:00
Source: CNRS INSU
Avec le changement climatique, la température de l'ensemble du globe augmente, mais ce sont les régions polaires qui se réchauffent le plus vite. Résultat: la banquise fond et les impacts vont largement dépasser les frontières des pôles. Mais à quel rythme va disparaitre la banquise (La banquise est une étendue de mer gelée. Elle se forme durant l'hiver polaire, lorsque la...) ? Difficile de le savoir précisément.

Pour avancer sur cette question, le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) ASET (Atmosphere Sea ice Exchanges and Teleconnections) analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la...) de campagnes d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) en Arctique (L’Arctique est la région entourant le pôle nord de la Terre, à l’intérieur et aux...) pour tenter de mieux comprendre et prédire les échanges de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) entre la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Ce projet est financé dans le cadre de l'appel Make Our Planet (Un Planet est un site Web dynamique qui agrège le plus souvent sur une seule page, le contenu...) Great Again du Programme d'investissements d'avenir. Virginie Guemas, responsable du projet et chercheuse au Centre national de recherches météorologiques (CNRM*), nous explique le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) et les objectifs d'ASET.

Quel est le contexte du projet ?

L'Arctique se réchauffe trois fois plus vite que le reste de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), selon le rapport du Programme de surveillance et d'évaluation de l'Arctique paru en mai 2021, ce qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) une fonte de plus en plus sévère de la banquise. Toutes les projections indiquent une poursuivent de cette tendance pour les prochaines décennies, pouvant aller jusqu'à sa disparition complète en été. Ce phénomène aura de graves conséquences, non seulement pour la population et la faune locales, mais aussi pour le reste du globe, d'où l'urgence de mieux le comprendre. Il est cependant très compliqué de savoir à quelle vitesse (On distingue :) fond la banquise car on a encore du mal à avoir une estimation fiable de son bilan d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...).

On manque de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) car, comme il s'agit d'un milieu hostile, il y a eu peu de campagnes d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...). Les premières campagnes ont réalisé des relevés à partir des bords de glace mais cela restait trop vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les...) car on ne pouvait, par exemple, pas savoir s'il y avait des trous d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) à certains endroits de la banquise. Depuis 40 ans, les satellites (Satellite peut faire référence à :) permettent de connaître l'évolution de l'étendue de la banquise, mais pour étudier les échanges de chaleur, il faut se rendre sur place et faire des relevés.

En 1997, la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) Sheba, et en 2019-2020, la campagne Mosaic, qui ont toutes deux duré un an, ont beaucoup fait progresser notre connaissance de cette région. Mosaic a été lancée dans le cadre de l'"Année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) de la prévision polaire" (YOPP), qui, ayant été prolongée, a duré de 2017 et 2020. Elle a permis de récolter une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de données en région polaire. Afin d'optimiser les mesures sur place, des modélisateurs avaient évalué, en amont, les données nécessaires pour compléter les modèles actuels d'évolution de la banquise. Pour cela, ils avaient introduit des observations synthétiques (c'est-à-dire fictives) dans les modèles et ont testé les résultats obtenus.

Quels sont les objectifs d'ASET ?

Il y a différents échanges qui entrent en jeu dans le bilan de chaleur, ASET se concentre sur les échanges entre la glace de mer et l'atmosphère. Il s'agit de flux de chaleur (Le flux de chaleur est une transmission de chaleur (ou énergie thermique) à travers un corps. Le...) turbulents liés aux vents de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...). Pour ce faire, nous exploitons les observations des multiples projets de YOPP et des campagnes antérieures. La première étape consiste à récupérer toutes ces données et à les agréger en une base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou...) unique.

Il existe, à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) actuelle, une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) dominante pour représenter les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) de chaleur turbulents dans les modèles météo et de climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...), appelée Monin-Obukhov. Elle a été établie pour l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du globe et, pour chaque région, des paramètres correctifs s'appliquent. Mais, dans la pratique, ses conditions d'applicabilité ne sont pas tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à fait vérifiées en région polaire du fait d'une turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...) qui ne cadre pas avec les hypothèses de base.

Nous allons donc, dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), nous affranchir de la théorie Monin-Obukhov et tenter d'extraire de nouvelles relations statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle...) de notre base de données pour décrire les flux glace/atmosphère. Puis, nous nous attèlerons à raffiner les estimations faites dans le cadre de la théorie Monin-Obukhov grâce aux nouvelles données. Cela permettra, enfin, de comparer les résultats obtenus dans les deux cas pour voir lesquels collent le mieux aux observations. L'objectif est que nos travaux soient, à terme, intégrés dans le modèle de climat CNRM-CM afin de mieux comprendre et prévoir l'impact du changement climatique en Arctique et ses répercussions plus globales.

Anticipez-vous des difficultés ?

Nous avons du mal à accéder aux données de certains projets mais nous en avons toutefois déjà collecté énormément, dont certaines qui n'étaient pas prévues initialement, donc je ne suis pas inquiète pour la robustesse de la base de données. Une fois les analyses démarrées, il se peut que l'on note des incohérences entre deux jeux de données, dont les causes peuvent être multiples, et qu'il nous faille attendre les données de futures campagnes pour pouvoir statuer.

De façon générale, la tâche est compliquée puisque nous avons affaire à des phénomènes non-linéaires et donc très imprévisibles. Cela signifie que les méthodes statistiques, comme le machine learning, ne seront pas forcément les plus appropriées. Dans tous les cas, nos travaux feront progresser nos connaissances sur le changement climatique en Arctique !

Propos recueillis par Marie Perez.

Note:
* Le CNRM est une unité de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de Météo-France (Météo-France est l'organisme français de météorologie, un...) et du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...).
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