Rebond post-glaciaire

Rebond post-glaciaire et déglaciation actuelle

Spitzberg, Arctique

Le premier chantier polaire où nous sommes intervenus est le Spitzberg (Norvège) et, plus particulièrement, la station de Ny-Alesund, qui est un lieu privilégié de mesures géodésiques en co-localisation : mesures épisodiques de gravimétrie absolue (AG), mesures continues en gravimétrie supraconductrice (SG); stations permanentes GPS; interférométrie à très longue base (antenne VLBI); marégraphie. Nous avons montré par une étude conjointe portant sur le taux de déplacement vertical mesuré par VLBI et par GPS et le taux de variation de gravité au Spitzberg que la fonte actuelle des glaciers est plus importante que prévue. En effet, des campagnes de gravimétrie absolue ont montré que la gravité décroissait entre 1998 et 2002 au rythme de 2.5 µGal/an alors que des mesures permanentes de GPS indiquaient un soulèvement vertical de l’ordre de 5 mm/an confirmé par le VLBI. La figure ci-dessous résume les résultats de cette étude et permet de comprendre le rôle majeur de mesures de gravimétrie absolue en co-localisation avec des mesures de déplacement vertical. En effet, les observations (VLBI, GPS et gravimétrie) privilégient un taux de fonte actuelle plus fort (75 cm/an) (étoile noire) que le taux initialement prédit par des études de Rebond post-glaciaire et déglaciation actuelle (47 cm/an) (étoile blanche). On peut aussi constater que la pente liée au processus de déglaciation actuelle (PDIM) est proche de –0.26 µGal/mm, valeur que nous avons retrouvée dans une étude théorique récente (de Linage et al., 2007).

Cette valeur est, en valeur absolue, plus forte que celle de la réponse isostatique à la dernière déglaciation (PGR) qui est classiquement de –0.15 µGal/mm. Néanmoins les variations de gravité observées restent trop fortes pour être expliquées par le modèle de fonte actuelle à moins que les incertitudes sur ces mesures soient sous-estimées (rectangle tireté de la figure).

Comparison entre modèle de rebond postglaciaire (PGR) et de déglaciation actuelle (PDIM) et observations géodésiques pour le taux de déplacement vertical (en mm/an) et le taux de variation de gravité (en µGal/an) (d’après Sato et al. 2006).
Comparison entre modèle de rebond postglaciaire (PGR) et de déglaciation actuelle (PDIM) et observations géodésiques pour le taux de déplacement vertical (en mm/an) et le taux de variation de gravité (en µGal/an) (d’après Sato et al. 2006).

Terre Adélie, Antarctique Est

Nous sommes aussi impliqués dans un programme polaire de mesures de gravité absolue en Antarctique depuis 2000. La mesure initiale de 2000 a été répétée à la base de Dumont d’Urville en Terre Adélie (Antarctique Est) en 2006. La valeur obtenue en 2006 est identique à celle observée en 2000, avec cependant une barre d’erreur nettement plus faible. Une étude de comparaison avec les observations de positionnement précis par GPS et DORIS et les modèles de déglaciation a été entreprise. L’accord est très bon entre les observations de positionnement et de gravimétrie et ces dernières sont compatibles avec les modèles théoriques de variation de pesanteur et de déplacement vertical qui sont consécutives au rebond post-glaciaire et aux effets de fonte actuelle des glaces. La quantité d’eau contenue en Antarctique joue, entre autres paramètres, un rôle fondamental pour la valeur du niveau moyen des mers. La connaissance du comportement géodésique de cette partie du globe est donc très importante. C’est la raison pour laquelle nous avons entrepris de recenser les mesures absolues de pesanteur en Antarctique afin de les comparer aux observations de positionnement; à la date de 2004 on comptait 23 stations en Antarctique, disposant de mesures absolues de pesanteur, et seulement 4 avec une répétition de mesures. Cette réflexion a nourri le projet présenté dans le cadre de l’Année Polaire Internationale ‘Monitoring of long-term vertical displacements of the land surface in polar regions, through co-located (absolute) gravity measurements and satellite positioning observations’, qui a été intégré dans le cadre plus général de POLENET.

Quelques publications sur le sujet

  • Hinderer, J., Amalvict, M., & Luck, B., 2002. Premières mesures françaises de gravimétrie absolue dans les régions polaires Antarctique (Terre Adélie) et Arctique (Spitzberg), C.R. Geoscience 334, 819-826.
  • Sato, T., Okuno, J., Hinderer, J., MacMillan, D. S., Plag, H.-P., Francis, O., Falk, R. and Fukuda, Y., 2006. A geophysical interpretation of the secular displacement and gravity rates observed at Ny-Alesund, Svalbard in the Arctic- Effects of the post-glacial rebound and present-day ice melting, Geophys. J. Int., 165, 729-743.
  • Mäkinen J., Amalvict M., Shibuya K., Fukuda Y., 2007. Absolute Gravimetry in Antarctica: State-of-the-Art and Prospective, Journal of Geodesy, Journal of Geodynamics, 43, 339-357.
  • de Linage, C., Hinderer, J., & Rogister, Y., 2007. A search for the ratio between gravity variation and vertical displacement due to a surface load, Geophys. J. Int., 171 (3), 986-994.
  • Amalvict. M, P. Willis, G. Wöppelmann, E. R. Ivins, M.N. Bouin, L. Testut, J. Hinderer. 2009. Isostatic stability of the East Antarctic station Dumont d'Urville from long-term geodetic observations and geophysical models. Polar Research, 28, 193-202.
  • Mémin A., Rogister Y., Hinderer J., Omang O. C. & Luck B. (2011). Secular gravity variations at Svalbard (Norway) from ground observations and GRACE satellite data, Geophys. J. Int., 184, 1119–1130, doi: 10.1111/j.1365-246X.2010.04922.x.
  • Mémin A., Rogister Y. & Hinderer J. (2012). Separation of the geodetic consequences of past and present ice-melting: Inuence of topography with application to Svalbard (Norway), Pure and applied Geophysics, 169, 8, 1357–1372, doi:10.1007/s00024-011-0399-7.
  • Mémin, A., G. Spada, J.-P. Boy, Y. Rogister, J. Hinderer, 2014. Decadal geodetic variations in Ny-Alesund (Svalbard): role of past and present ice-mass changes, Geophys. J. Int., 198:285-297. DOI: 10.1093/gji/ggu134