Axe 2 : Évolution des glaciers et calottes

Cet axe comporte trois volets : la télédétection spatiale des glaciers de montagnes et calottes, la modélisation des calottes polaires et de leurs interactions avec le système climatique, et la modélisation du bilan de masse des glaciers de montagne.

Parmi les variables à forte valeur ajoutée en télédétection, l’équipe se concentre particulièrement sur la mesure de l’écoulement glaciaire et des variations de volume des glaciers depuis l’espace, ce qui fait progresser nos connaissances sur l’état actuel et passé de la cryosphère. L’équipe a publié en 2022 le premier atlas global des vitesses d’écoulement des glaciers dans les massifs montagneux. Ces mesures massives de l’écoulement sont également utilisées pour quantifier la variabilité pluriannuelle et saisonnière de la dynamique des glaciers alpins et andins à travers des projets internationaux (ESA) et nationaux (LabEx). L’équipe développe des outils d’analyse et de filtrage de ces grands ensembles de données afin de fournir des variables standardisées pour les modélisateurs.

CryoDyn développe de nouvelles méthodes permettant de traiter automatiquement les images de satellites espions déclassifiées et de quantifier ainsi les variations de volume glaciaire depuis les années 1930. L’équipe participe également à des exercices internationaux d’intercomparaison pour la reconstruction des changements de volume par télédétection. L’équipe a récemment mis en évidence la déstabilisation des plus grands glaciers du nord du Groenland, jusqu’alors considérés comme stables.

Pour prévoir l’évolution future des glaciers et calottes, ou mieux comprendre les conditions glacio-climatiques passées, CryoDyn développe des outils de modélisation numérique. La modélisation des calottes polaires a historiquement été développée dans ce qui a précédé CryoDyn. Dans les années 2010s, l’équipe a développé le modèle Elmer/Ice, pour représenter les changements rapides observés en Antarctique de l’Ouest. Depuis, CryoDyn travaille à rendre ce modèle plus à même de représenter l’évolution des calottes dans leur ensemble (ANR EIS, H2020 TiPACCs).

Les développements d’Elmer/Ice permettent aujourd’hui d’étudier la stabilité et les points de bascule de la calotte Antarctique, d’abord d’un point de vue glaciologique, puis en considérant les interactions avec l’océan et l’atmosphère. Ceci justifie notre implication dans la mise en place et l’analyse d’ISMIP, the Ice Sheet Model Intercomparison Project for CMIP, qui a servi de source principale aux projections du niveau des mers du GIEC. Le projet européen PROTECT, récemment coordonné par CryoDyn, a amélioré la prise en compte de l’incertitude des modèles, et a co-construit les scénarios de projection avec la communauté travaillant sur l’impact de la hausse du niveau des mers.

Malgré ces progrès, le réalisme de ces projections reste questionnable du fait du haut niveau de simplification des paramétrisations de fonte. CryoDyn développe donc des simulations à plus haute résolution et représentant explicitement la circulation océanique sous les plateformes de glace ou la percolation d’eau de fonte dans le manteau neigeux pour mieux comprendre et contraindre les forçages océaniques et atmosphériques de la calotte Antarctique (ANR TROIS AS). L’émulation de ces modèles coûteux par des méthodes d’intelligence artificielle a également commencé à être explorée (ANR AIAI).

Une autre raison du manque de réalisme des simulations des calottes est le manque d’interactions entre les calottes et le système climatique. Pour pallier cela, nous avons développé le couplage entre Elmer/Ice et le modèle d’océan NEMO, d’abord en cas d’étude simple dans le contexte du projet ANR TROIS-AS et du Marine Ice Sheet Ocean Model Intercomparison Project (MISOMIP), puis en configuration réaliste globale pour le projet européen TiPACCs. L’effort se poursuivi aujourd’hui vers un couplage complet d’Elmer/Ice avec l’océan et l’atmosphère du modèle de climat IPSL-CM via le projet européen ESM2025, et le PEPR TRACCS.

La modélisation du bilan de masse des glaciers de montagne se fait en collaboration avec l’équipe C2H, et via le SNO GLACIOCLIM. Les travaux de CryoDyn sur ce thème se concentrent sur des échelles spatiales régionales à globale, pouvant inclure l’ensemble des 270 000 entités glaciaires recensées, et des développements méthodologiques mettant en œuvre par exemple l’apprentissage profond, de nouveaux modules de dynamique glaciaire, l’intégration de données satellitaires ou la comparaison de modèles de dynamique (ANRs SAUSSURE, MAGIC, MARGO ; H2020 PROTECT).

Ces travaux de l’équipe s’inscrivent dans une forte dynamique internationale depuis 2017 et l’avènement d’un inventaire global des glaciers qui a permis le développement du premier modèle glaciaire global OGGM incluant explicitement la dynamique glaciaire. CryoDyn a ensuite contribué à la fois à l’inclusion de données satellitaires dans ces modèles, à l’émulation de modèles glaciaires complexes, et à l’identification des principales sources d’incertitude. L’exercice d’intercomparaison de modèles glaciaires globaux GlacierMIP, auquel CryoDyn contribue, nourrit les projections de niveau des mers du GIEC.

Par ailleurs, CryoDyn travaille sur de nombreux développements dans et autour d’OGGM, que ce soit pour la représentation de la couverture détritique, son couplage avec ODINN pour l’apprentissage machine profond, ou avec Elmer/Ice pour la dynamique glaciaire. CryoDyn a en particulier mené des études pionnières montrant le potentiel de l’apprentissage machine et du langage différentiable pour représenter les non-linéarités des aspects physiques les moins bien connus dans les simulations d’évolution du bilan de masse des glaciers.