Construire des appareils électroniques capables de survivre sous la calotte glaciaire du Groenland

Grâce au programme satellite GRACE, les chercheurs ont montré que la calotte glaciaire du Groenland perd du terrain 280 milliards de tonnes De glace chaque année – c’est environ 1,5 fois 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 perceptibles de l’élévation du niveau de la mer.

De 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 des glaciers – en particulier en dessous d’eux. Mais pour ce faire, les chercheurs doivent prendre des mesures De l’autre côté Glacier. Plus tôt ce mois-ci, un ingénieur électricien et spécialiste des glaces Dr Michael Pryor Jones Et ses assistants au Royaume-Uni, en Suisse, au Danemark et au Canada Publié Leur version repensée de la sonde radio sous-glaciaire –Et Cryoegg– Aider à l’étude de la « plomberie » intérieure aux glaciers.

Barrières de glace

Le Écoulement de l’eau de fonte Les glaciers peuvent se retrouver en travers et en dessous d’eux dans de petites poches, de grands lacs ou des rivières rapides – chacun déstabilisant le glacier qui les recouvre à des degrés différents. Les lacs sous-glaciaires peuvent transformer des parties entières d’un glacier. En revanche, les rivières sous-glaciaires dirigent l’eau de fonte vers une zone plus petite, entraînant relativement moins de mouvement glaciaire.

Les chercheurs ont utilisé des signaux radio et des images satellite pour déterminer la taille Réseaux hydrologiques Et des lacs sous les glaciers. Mais on sait peu de choses sur la vitesse à laquelle ces eaux se déplacent ou sur la durée de leurs méandres sur le chemin de l’océan. La seule façon de répondre à ces questions est de prendre des mesures sous l’iceberg.

Les glaciers, en particulier les glaciers et les trous de drainage, appelés moulins, sont trop dangereux pour être explorés en personne. L’eau fondue se déverse à travers la molène à un taux de 4 tonnes métriques par seconde, et la glace tourne fréquemment. Les glaciologues ont expérimenté des montages expérimentaux sur les sommets des glaciers, ainsi que des tentacules suspendus à travers des puits dans la calotte glaciaire. Mais ceux-ci ne durent généralement que quelques semaines avant que les glaciers se soient suffisamment déplacés pour arracher des câbles ou des enchevêtrements désespérés et rendre l’installation inutilisable.

La solution était de concevoir des capteurs sans fil qui se lanceraient dans le réseau sous-glaciaire. Cependant, il est rapidement devenu évident que les chercheurs ne pouvaient pas compter sur la récupération de ces mesures lorsque les sondes sortaient du glacier – elles restaient toujours bloquées. Une série d’expériences, dont une impliquant une flotte de Canard en caoutchouc Libéré par la NASA, les choses qui entrent dans les glaciers sont rarement revues.

Cela a inspiré de nombreux appareils qui transmettent des mesures en temps réel De l’autre côté Glace alors que la sonde se déplace sous le glacier. Le plus récent – Cryoegg – est en préparation depuis près de 10 ans, et Prior Jones et l’équipe l’ont explicitement conçu pour des mesures à travers la glace profonde.

Profondeurs de glace

La conception est une sonde de la taille d’un pamplemousse, résistante à l’eau et à la pression, qui est maintenant capable d’envoyer des mesures sur 1,3 kilomètre de glace. Il est alimenté par une batterie qui lui permet d’envoyer des mesures toutes les deux heures pendant jusqu’à un an. Les composants comprennent la technologie de liaison sans fil réutilisée des compteurs d’eau et de gaz en France et un boîtier de mécanisme résistant à la pression.

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

La durée de vie de l’eau peut être estimée par sa conductivité électrique. L’eau de fonte douce est presque pure, mais elle coule à travers le glacier – en particulier lorsqu’elle entre en contact avec des roches et des sédiments – lorsqu’elle ramasse des minéraux et des solides dissous. Ces substances, à leur tour, modifient la conductivité électrique de l’eau.

Prises ensemble, ces mesures fournissent des indices sur la rapidité avec laquelle le glacier s’épuise. Par exemple, de faibles pressions indiquent que l’eau peut facilement s’échapper, tandis que des pressions plus élevées indiquent que l’eau est piégée. De plus, plus la conductivité est élevée, plus l’eau restera probablement sous le glacier.

«Il y a actuellement si peu de mesures sous la glace que les concepteurs ont très peu de données sur les effets des changements dans la structure du système de drainage», a déclaré le Dr Liz Bageshaw, collaboratrice de Prior Jones. « Nous faisons partie d’un effort beaucoup plus large de personnes mesurant tous ces différents processus à incorporer dans des modèles plus larges de calotte glaciaire. »

Attendre en ligne

Cryoegg n’a pas encore été publié pour un essai complet, mais les chercheurs l’ont testé (attaché avec une corde) sous les glaciers du Groenland et les Alpes suisses. L’appareil ayant passé tous ses tests à ce jour, l’équipe prévoit de lancer le premier Cryoegg dans le Northeast Greenland Glacier Stream (NEGIS), l’un des glaciers les plus rapides connus. Ils espèrent que les mesures de Cryoegg pourront leur donner plus d’informations sur les raisons pour lesquelles ces glaciers se déplacent si vite.

Ils sont également en train de comprimer davantage Cryoegg et d’étendre la portée du signal à 2,5 kilomètres de glace – la profondeur moyenne de la calotte glaciaire centrale 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 en termes de distance de surface.

L’une des plus grandes restrictions à ce stade est l’accès aux puits, qui sont généralement financés et mis en œuvre dans le cadre de la coopération internationale. Bien qu’il serait idéal de déployer à terme les Cryoeggs largement dans le monde, il y a une longue file d’autres chercheurs qui attendent d’utiliser les puits disponibles pour leurs propres études. En attendant, le premier test consistera à voir quelles données sont renvoyées depuis le premier vol de Cryoegg.

«La glaciologie est à certains égards équivalente à une sonde spatiale parce que nous envoyons ce petit vaisseau dans un environnement incertain et nous espérons en récupérer des données avant qu’il ne soit perdu», a déclaré Pryor Jones.

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

Kid Kwan est un journaliste indépendant qui couvre des histoires sur le climat et l’environnement pour Ars Technica. Elle a un doctorat. En chimie et biologie chimique.