Banquise : comment briser la glace (avec un batteur)

Tous les ans au printemps, sous l’effet des vagues, les bords de la banquise de l’hémisphère Nord se fracturent en millions de fragments de glace. Les scientifiques du laboratoire Physique et mécanique des milieux hétérogènes (PMMH, unité CNRS/ESPCI Paris-PSL/Sorbonne Université/Université Paris Cité) cherchent à comprendre quels sont les paramètres et les conditions qui provoquent la dislocation de la banquise dans les zones marginales de glace, longues de plusieurs centaines de kilomètres. Or ces zones, situées à la lisière de l’océan libre et de la banquise, tendent à s’accroître, en raison de l’augmentation de la fonte saisonnière. Résultat, la banquise devient plus fragile.

L’une des équipes du PMMH, spécialisée dans la propagation des ondes dans les fluides et solides minces (dont la banquise fait partie), a mis au point une expérience de modèle de banquise dans son laboratoire. L’objectif des scientifiques est notamment de reproduire à petite échelle la fracturation de la banquise par l’action de vagues.

Cette expérience se compose d’un bassin rempli d’eau avec, à l’une de ses extrémités, un batteur qui va et vient. L’appareil génère ainsi des vagues et reproduit une houle miniature. Si le procédé peut paraître sommaire, l’utilisation de ce genre de dispositifs permet aux scientifiques de contrôler aussi bien la vitesse de déplacement des vagues que leur hauteur.

Le plus compliqué dans ce modèle a été de trouver une manière de reproduire une banquise en laboratoire. Il fallait identifier un matériau aussi fragile que la glace, mais plus mou. Ne pouvant utiliser de la glace d’eau de mer, les chercheurs ont dû trouver un substitut. Les scientifiques ont ainsi passé en revue une vingtaine de produits pour récréer en laboratoire une simili-banquise. Leur choix s’est porté sur un vernis-colle employé dans les métiers d’art. Vaporisé à la surface de l’eau, ce vernis forme une couche uniforme de quelques centaines de microns qui flotte sur l’eau du bassin. Cette croûte est à la fois cassante… et molle !

Lorsqu’on y regarde de plus près, on voit bien apparaître les larges fissures dans la « banquise blanche » et le tracé du laser déformé par l’action des vagues. Plus le mouvement du batteur est ample, plus la surface du bassin – et donc, celle du vernis – se déforme. Les scientifiques tentent de déterminer le seuil de fracturation en fonction de l’amplitude et de la longueur d’onde des vagues. Plus les vagues sont fréquentes et puissantes (hautes), plus la banquise casse.

Comme dans le Grand Nord, à mesure que la fréquence et la hauteur des vagues augmentent, les premières fissures nettes laissent place à un morcèlement de la banquise. Celle-ci apparaît alors totalement fracturée en blocs de plus en plus petits. Les scientifiques cherchent à établir quelles tailles de fragments seront finalement générées – typiquement, entre 1 et 100 mètres de longueur.

Tous ces travaux, bien que fondamentaux, contribuent à une meilleure compréhension du fonctionnement de la glace de mer. Le changement climatique diminue l’épaisseur de la banquise, en particulier en été, ce qui la rend plus susceptible encore de se briser sous l’effet des vagues.