Construire des appareils électroniques qui peuvent survivre sous la calotte glaciaire du Groenland

Grâce au programme satellite GRACE, les chercheurs ont montré que la calotte glaciaire du Groenland a perdu environ 280 milliards de tonnes de glace chaque année, l’équivalent d’environ 1,5 millions de piscines olympiques. Pour les glaciers comme ceux du Groenland et de l’Antarctique, la majeure partie de cette eau de fonte se retrouve dans l’océan, avec des conséquences déjà notables sur l’élévation du niveau de la mer.

Les meilleures prévisions de l’élévation future du niveau de la mer nous obligeront à comprendre ce que fait l’eau de fonte à l’intérieur, et en particulier sous les glaciers. Mais pour ce faire, les chercheurs doivent agir à travers de un glacier. Plus tôt ce mois-ci, un ingénieur électricien et glaciologue Dr Michael Prior-Jones et ses partenaires au Royaume-Uni, en Suisse, au Danemark et au Canada publié sa version repensée d’une sonde sous-glaciaire sans fil—le Cryoegg– Aider à étudier la «plomberie» interne des glaciers.

Obstacles glaciaires

Les eau de fonte qui coule à travers et sous les glaciers, il peut se retrouver dans de petites poches, de grands lacs ou des rivières rapides, dont chacun déstabilise le glacier sus-jacent à des degrés différents. Les lacs sous-glaciaires peuvent déplacer des sections entières du glacier. En revanche, les rivières sous-glaciaires canalisent l’eau de fonte dans une zone plus petite, entraînant comparativement moins de mouvement glaciaire.

Les chercheurs ont utilisé des signaux radio et des images satellites pour cartographier la taille de réseaux hydrologiques et les lacs sous les glaciers. Mais on ne sait pas grand-chose de la vitesse à laquelle cette eau se déplace ou du temps qu’elle passe à serpenter vers l’océan. La seule façon de répondre à ces questions est de prendre des mesures sous le glacier.

Les glaciers, et en particulier les crevasses glaciaires et les trous de drainage, appelés moulins, sont extrêmement dangereux à explorer en personne. L’eau de fonte est déversée dans les usines à un taux pouvant atteindre 4 tonnes métriques par seconde, et la glace est fréquemment déplacée. Les glaciologues ont testé des configurations expérimentales au sommet des glaciers, ainsi que des sondes suspendues à travers des trous dans la calotte glaciaire. Mais ceux-ci ne durent généralement que quelques semaines avant que les glaciers ne bougent suffisamment pour casser ou emmêler irrémédiablement les câbles et rendre l’installation inutilisable.

La solution a été de concevoir des sondes sans fil qui sont libérées dans le réseau sous-glaciaire. Cependant, il est rapidement devenu clair que les chercheurs ne peuvent pas se fier à la récupération de ces mesures lorsque les sondes quittent le glacier; ils restent presque toujours coincés. Une série d’expériences, dont une avec une flottille de canards en caoutchouc publié par la NASA, il a montré que les choses qui entrent dans les glaciers sont rarement revues.

Cela a inspiré une poignée d’appareils qui transmettent des mesures en temps réel. à travers de la glace alors que la sonde se déplace sous le glacier. Le dernier d’entre eux, le Cryoegg, est en cours d’élaboration depuis près de 10 ans, et Prior-Jones et l’équipe l’ont conçu expressément pour des mesures à travers la glace profonde.

Profondeurs glaciales

La conception est une sonde étanche, résistante à la pression et de la taille d’un pamplemousse qui est maintenant capable d’envoyer des mesures à travers 1,3 km de glace. Il est alimenté par une batterie qui devrait vous permettre d’envoyer des mesures toutes les deux heures pendant jusqu’à un an. Les composants comprennent une technologie de liaison radio qui a été réutilisée à partir de compteurs d’eau et de gaz en France et un boîtier résistant à la pression construit sur mesure.

Le Cryoegg est équipé pour répondre à trois questions: Quelle est la température? Quelle est la pression? Et depuis combien de temps l’eau environnante coule-t-elle à travers et sous le glacier?

L’âge de l’eau peut être estimé par sa conductivité électrique. L’eau de fonte douce est presque pure, mais lorsqu’elle s’écoule à travers le glacier, et surtout lorsqu’elle entre en contact avec des roches et des sédiments, elle capte des minéraux et des solides dissous. Ces substances, à leur tour, modifient la conductivité électrique de l’eau.

En combinaison, ces mesures donnent des indices sur la rapidité avec laquelle le glacier se vide. Par exemple, des pressions plus faibles indiquent que l’eau a une issue facile, tandis que des pressions plus élevées suggèrent que l’eau est piégée. De plus, plus la conductivité est élevée, plus l’eau est probablement restée longtemps sous le glacier.

«Actuellement, il y a si peu de mesures sous la glace que les modélisateurs ont très peu de données sur les effets des changements dans la structure du système de drainage», a déclaré le Dr Liz Bagshaw, collaborateur de Prior-Jones. “Nous faisons partie d’un effort beaucoup plus large pour les personnes qui quantifient tous ces différents processus pour les incorporer dans les modèles plus larges de la calotte glaciaire.”

Attendre en ligne

Le Cryoegg n’est pas encore sorti pour des tests complets, mais les chercheurs l’ont testé (attaché à une laisse) sous des glaciers au Groenland et dans les Alpes suisses. Étant donné que l’appareil a réussi tous les tests jusqu’à présent, l’équipe prévoit de lancer le premier Cryoegg dans le Northeast Greenland Ice Stream (NEGIS), l’un des glaciers les plus rapides connus. Ils espèrent que les mesures Cryoegg pourront leur donner plus d’informations sur les raisons pour lesquelles ces glaciers se déplacent si vite.

Ils sont également en train de protéger davantage le Cryoegg et d’étendre la portée du signal jusqu’à 2,5 km de glace, la profondeur moyenne de la calotte glaciaire dans le centre du Groenland. Également en cours d’élaboration: élargir la portée entre le Cryoegg et le récepteur radio, non seulement en termes de profondeur mais aussi de distance de surface.

L’une des plus grandes limites à ce stade est l’accès aux puits, qui sont généralement financés et mis en œuvre par des collaborations internationales. Bien qu’il serait idéal de déployer éventuellement Cryoeggs dans le monde entier, il y a une longue file d’autres chercheurs qui attendent d’utiliser les puits disponibles pour leurs propres études. Pendant ce temps, le premier test sera de voir quelles données sont envoyées depuis le voyage inaugural du Cryoegg.

“La glaciologie est un peu équivalente aux sondes spatiales parce que nous envoyons simplement ce petit vaisseau dans un environnement incertain et nous espérons récupérer les données avant qu’elles ne soient perdues”, a déclaré Prior-Jones.

Journal de glaciologie, 2021. DOI: 10.1017 / jogging.2021.16 (À propos des DOI).

KED Coan est un journaliste indépendant qui couvre des histoires sur le climat et l’environnement à Ars Technica. Il a un doctorat. en chimie et biologie chimique.