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GLACIOLOGIE

La glaciologie est l’étude de la glace naturelle sous toutes ses formes: neige, glace de glacier, de rivière, de lac, de mer, glace dans le sol, etc. Les cristaux de glace et de neige dans l’atmosphère sont plutôt étudiés par les météorologues au titre de la physique des précipitations. L’étude des glaciers conduit naturellement à rechercher les mécanismes de l’érosion glaciaire et de la formation des moraines, mais l’étude des formes de relief et des dépôts dus à d’anciens glaciers est laissée aux géomorphologues et aux géologues «quaternaristes».

Les résultats obtenus par la glaciologie intéressent l’économie de vastes régions. Ils concernent les constructions et le drainage en présence d’un sol gelé permanent, la «traficabilité» hivernale et les sports d’hiver, les ressources en eau et l’hydroélectricité, la protection civile contre les avalanches de neige ou de glace, contre les débâcles de lacs de barrage glaciaire. La glaciologie n’est toutefois devenue une science majeure et féconde que grâce à la recherche fondamentale, entreprise en grande partie par des universitaires. C’est avant tout de la géophysique de terrain, travail d’équipe à caractère souvent sportif, par opposition à la géophysique d’observatoire, mais elle s’accompagne de longues études des échantillons recueillis et suscite de nombreuses recherches en laboratoire.

Historique

La glaciologie a débuté très tôt, avec l’étude des glaciers alpins par des naturalistes de Suisse romande, tel Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799). En 1815, Perraudin convainc J. de Charpentier que les glaciers ont autrefois recouvert toute la Suisse, et en 1836, celui-ci convainc Louis Agassiz. Ce dernier, entre 1827 et 1840, poursuit des observations sur l’Unteraargletscher avec d’autres géologues de Neuchâtel. En 1832, il accompagne le physicien et alpiniste anglais J. D. Forbes sur la mer de Glace, en 1840 et 1847, il publie les premiers livres sur les glaciers.

À cette époque on venait de découvrir les lois de l’optique cristalline, mais Agassiz ignorait encore que les «fragments anguleux» qu’il voyait en surface des glaciers étaient des monocristaux. Les lois de l’élasticité et de la viscosité avaient été formulées, mais n’étaient connues que des mathématiciens et ingénieurs. En 1850, W. Thomson (lord Kelvin) n’interprétait pas correctement ses expériences sur la glace, croyant qu’une forte pression hydrostatique rendait la glace plus fluide, alors qu’elle la rend seulement moins cassante. La nature cristalline de la glace fut étudiée par F. A. Forel (1882) et la déformation d’un monocristal par J. C. McConnel (1888).

En 1866 avait commencé le grand recul des glaciers alpins qui, mis à part quelques avances éphémères, a duré un siècle. Une Commission internationale des glaciers, chargée d’étudier leurs variations, fut créée en 1894. Après la catastrophe de Saint-Gervais en 1892 ^{[cf. GLACIERS]}, des études et des travaux furent faits sur le glacier de Tête-Rousse par Joseph Vallot et P. Mougin jusqu’en 1904. De 1895 à 1899, Hess et Blümcke font forer (sans moteur!) l’Hintereisferner jusqu’au lit rocheux.

Suit une période d’exploration: de l’Antarctique (4 expéditions en 1902, expéditions de Charcot en 1904-1905 et 1908-1910), de l’inlandsis groenlandais (traversées faites par A. de Quervain en 1912, Koch et A. Wegener en 1913), de l’Alaska, de l’Him laya... La photogrammétrie terrestre fait son apparition en 1911, la photogrammétrie aérienne en 1923, la prospection sismique vers 1926, et ces techniques sont aussitôt utilisées pour la cartographie et la détermination d’épaisseur des glaciers.

Dans la troisième période, les besoins du génie civil font étudier deux domaines nouveaux: les sols gelés (en U.R.S.S., à partir de 1928); la neige et les avalanches (R. Haefeli et H. Bader, en Suisse de 1934 à 1939). Conséquence de la guerre froide, le corps du génie de l’armée des États-Unis crée un important institut de recherches (S.I.P.R.E. devenu le C.R.R.E.L., cf. infra , Principaux instituts et équipes de recherche ) qui, sous la direction de H. Bader, fait des recherches fondamentales et appliquées sur l’inlandsis, la neige, les sols gelés et la glace de mer.

En 1956-1957, l’Année géophysique internationale est l’occasion d’un très important effort international de recherches sur l’Antarctique qui se poursuivra depuis de façon ininterrompue (la National Science Foundation consacre pour le support logistique des expéditions antarctiques américaines de toutes disciplines environ 100 millions de dollars par an).

En 1952-1953, des physiciens du solide de Cambridge (Angleterre), J. Glen et J. Nye, établissent la loi de déformation de la glace. En 1958, un colloque à Chamonix marque le début des théories modernes sur l’écoulement des glaciers. Mais il fallait mettre au point un appareillage ad hoc, en particulier un radar permettant le sondage des calottes polaires (Evans et Gordon de Q. Robin, 1963-1964), et des appareils de forage (à jet de vapeur, à eau chaude en circuit ouvert, F. Gillet, du Laboratoire de glaciologie de Grenoble, 1966), et de carottage (premier carottage à grande profondeur, jusqu’au socle rocheux, soit 2 164 m, à la station Byrd: Lile, 1968). Signalons comme autres développements technologiques cruciaux, mais non propres à la discipline: l’informatique (première modélisation numérique de la calotte antarctique: Budd, Jenssen et Radok, 1971); l’analyse d’éléments à l’état de traces dans les carottes polaires par spectrographie d’absorption atomique, activation neutronique ou ionométrie; la cartographie de la glace de mer à partir de satellites, en particulier à l’aide du radar à synthèse d’ouverture (1982); et le datage des carottes de glace polaire avec un accélérateur de particules couplé à un spectrographe de masse.

Le «corps sociologique» des glaciologues

L’historique ci-dessus montre l’évolution de plus en plus rapide de la discipline: en gros, observations de naturalistes au XIX^e siècle, puis études d’ingénieurs (en France, appartenant au corps des Eaux et Forêts), enfin recherches par des physiciens et géophysiciens devenus glaciologues «à plein temps». Ces derniers utilisent des appareillages de plus en plus sophistiqués, et ont introduit des modèles physiques , permettant de ramener les faits glaciologiques à des sciences de base. Cette évolution a entraîné une spécialisation croissante au sein de la glaciologie, où l’on peut reconnaître plus d’une dizaine de spécialités. Par ailleurs, comme il n’y a jamais eu de filière de formation propre à la glaciologie, les glaciologues actuels sont d’origine très diverse: géographes, géologues, forestiers, physiciens du solide, géophysiciens, mécaniciens, hydrauliciens.

Malgré cela, les glaciologues forment une communauté internationale très unie. Cela a été facilité par leur nombre restreint, mais s’explique aussi par des causes plus profondes telles que la nécessité d’un travail de terrain physiquement éprouvant, dans un environnement rude – la solidarité «entre montagnards» et entre «polaires» s’ensuit – et l’existence de journaux scientifiques de glaciologie. En 1907, E. Brückner fonda le Zeitschrift für Gletscherkunde , repris après la Seconde Guerre mondiale par R. von Klebelsberg (au titre fut ajouté: und Glazialgeologie ), auquel a succédé M. Kuhn, d’Innsbruck. Mais surtout le Journal of Glaciology (Cambridge), fondé en 1947 par G. Seligman, est trisannuel. Ce journal, de très haut niveau et admirablement édité, est publié par la British Glaciological Society, devenue l’International Glaciological Society (I.G.S.). Le Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement édite annuellement un rapport d’activité. Il y a actuellement une dizaine d’autres journaux de glaciologie, nationaux, sans compter les publications non périodiques d’instituts.

En contrepartie de l’impulsion donnée par le Journal of Glaciology à la glaciologie, celle-ci a connu une certaine marginalisation par rapport à la grande communauté des géophysiciens. Leur principal journal, le Journal of Geophysical Research (qui tire à plus de 60 000 exemplaires), n’a accueilli qu’un nombre infime d’articles de glaciologie, et pas toujours les meilleurs.

Par ailleurs l’I.G.S. organise tous les ans un colloque, et en patronne d’autres, organisés par des instituts de recherche ou des groupes informels, dont elle publie les communications.

Sur le plan officiel, intergouvernemental, nécessaire pour l’impulsion ou la coordination de programmes internationaux, l’ancienne Commission des glaciers, devenue en 1939, après fusion avec la Commission des neiges, la Commission internationale des neiges et des glaces (I.C.S.I.), a été rattachée aux autres commissions de l’Association internationale des sciences hydrologiques (A.I.S.H.), créée en 1932. L’A.I.S.H. est l’une des sept associations formant l’Union internationale de géodésie et géophysique (U.G.G.I.), et cette structure est reproduite dans chaque pays (Comité national divisé en sept sections).

Cet organigramme (qu’on retrouve dans les classifications des bibliothèques) est très désavantageux, voire frustrant pour les glaciologues. Alors qu’ils font actuellement de la recherche fondamentale, très interdisciplinaire et extrêmement féconde, ils sont associés à des hydrologues, bien plus nombreux et présents dans tous les pays, certes, mais ne faisant qu’une science appliquée assez routinière, à base de statistiques. Aussi l’importance de l’I.C.S.I., qui ne vit que de quelques maigres subsides de l’U.N.E.S.C.O., a décru au fil des ans. Les recherches antarctiques ont été coordonnées par le Sous-Comité des recherches antarctiques (S.C.A.R.) du Conseil des unions scientifiques (I.C.S.U.). L’ingénierie de la glace flottante, à laquelle l’exploitation du pétrole arctique a donné une impulsion considérable, est suivie par l’Association internationale de recherches hydrauliques (A.I.H.R.), etc.

Principaux instituts et équipes de recherche

– Suisse: l’Institut fédéral de recherches sur la neige et les avalanches du Weissfluhjoch sur Davos (B. Salm), outre son travail de routine, accueille des chercheurs de la division hydrologie-glaciologie (V.A.W.) de l’École polytechnique fédérale de Zurich (E.T.H.). Dans ce dernier institut on étudie la dynamique et l’hydrologie des glaciers alpins (H. Röthlisberger). L’équipe de W. Œschger (université de Berne) se consacre à la géochimie des glaces anciennes.

– Royaume-Uni: à Cambridge le Scott Polar Research Institute (G. de Q. Robin), consacré à l’exploration antarctique, est le leader des mesures d’épaisseur par radar. La recherche antarctique s’y développe dans le cadre du British Antarctic Survey (C. Swithinbank).

– France: les recherches sur la neige et les avalanches sont faites à Grenoble, principalement dans une section du Centre technique du génie rural et des eaux et forêts et le Centre d’études sur la neige de la Météorologie nationale. Elles sont coordonnées par une Association nationale d’étude de la neige et des avalanches (A.N.E.N.A.).

Les recherches sur les glaciers alpins se sont développées dans un laboratoire du Centre national de la recherche scientifique (C.N.R.S.) fondé par L. Lliboutry en 1964. Celles sur les calottes polaires sont réalisées au sein des Expéditions polaires françaises, organisme de droit privé fondé en 1948 par Paul-Émile Victor, et qui ne se consacre depuis longtemps qu’au soutien logistique des missions. Après que l’équipe «polaire» de C. Lorius fut venue à Grenoble en 1969, le laboratoire du C.N.R.S. est devenu le Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement. On y développe l’étude de la physique et de la rhéologie des glaces (P. Duval), celle des glaciers alpins (L. Lliboutry) et surtout l’étude de l’environnement passé à partir des carottes de glace antarctique (C. Lorius, R. Delmas). Ces dernières recherches se font en collaboration avec des équipes du Centre des faibles radioactivités (C.N.R.S.-C.E.A.) de Gif-sur-Yvette, du C.E.N. de Saclay, des instituts polaires de Colombus (Ohio), Melbourne et Saint-Pétersbourg. Leur financement principal est assuré par l’Institut national des sciences de l’Univers (I.N.S.U.) et l’Institut pour la recherche polaire.

– Danemark: l’équipe de W. Dansgaard (université de Copenhague), l’un des pionniers de l’étude des paléotempératures à partir de la teneur en oxygène 18, étudie l’inlandsis groenlandais en coopération avec les États-Unis.

– Norvège: l’Institut arctique d’Oslo (O. Orheim) travaille au Spitzberg. Quelques études sur les glaciers norvégiens sont faites par G. Œstrem dans le cadre de l’Agence nationale pour l’hydroélectricité.

– U.R.S.S. et C.E.I.: en Union soviétique, ce n’est qu’à partir de l’Année géophysique internationale que la glaciologie a vraiment eu «pignon sur rue», constituant un département autonome au sein des sciences de la Terre. Cette activité se poursuit au sein de la C.E.I.

À Moscou, le département de glaciologie de l’Institut de géographie de l’Académie des sciences, fondé par l’académicien G. Avsiuk, groupe plus de cent personnes (V. Kotliakov, Krenke, Grosswald). Il travaille principalement sur les glaces et les neiges du Caucase et de l’Asie centrale. Le pionnier des études pétrographiques de la glace, P. Shumsky, s’est consacré ensuite à la modélisation des glaciers et est passé à l’Institut de mécanique de l’université de Moscou.

– L’Institut arctique et antarctique de Saint-Pétersbourg qui dépend du ministère des Transports, outre ses travaux sur la glace de mer, est responsable de l’important programme glaciologique antarctique (N. Barkov, E. Korotkevich).

– Chine: un important Institut de glaciologie et cryopédologie (étude des sols gelés) de l’Academia Sinica, calqué sur celui de Moscou, existait à Lanzhou depuis 1958 (Shi Yafeng). Il s’est assez récemment réouvert à la communauté internationale, et groupe près de quatre cents personnes. Sollicité par le Pakistan, il a travaillé aussi dans le Karakorum.

– Japon: l’Institute of Low Temperature Science de l’université d’Hokkaid 拏, à Sapporo (120 personnes) a été fondé dès 1952 par U. Nakaya. Il est spécialisé dans la pétrographie de la neige et de la glace et leur déformation (Z. Yosida, G. Wakahama), la glace de mer, ainsi que sur les effets biologiques du gel. Il y a aussi un Institut antarctique à T 拏ky 拏 (Kusunoki). L’équipe de Higushi, à Nagoya, étudie des glaciers de l’Him laya.

– Australie: une équipe très active s’est développée à Melbourne sous l’impulsion de W. Budd. Elle étudie la dynamique d’un large secteur de l’Antarctide orientale.

– Canada: l’Inland Water Branch du ministère des Mines et Ressources basé à Ottawa (W. S. Paterson, Holdsworth) étudie les glaciers arctiques. La section géotechnique de la Division of Building Research, National Research Council of Canada (L. W. Gold) se consacre depuis 1954 à l’ingénierie de la glace flottante et des sols gelés (à Ottawa), et aux avalanches (à Vancouver).

À l’université Laval (Québec), B. Michel est le spécialiste incontesté des glaces de rivière. Des études sur les icebergs sont faites à l’université de Terre-Neuve. Mais c’est Arctic Petroleum qui actuellement investit le plus dans la recherche glaciologique au Canada.

– États-Unis: la glaciologie s’est développée d’abord au Snow, Ice and Permafrost Research Establishment (S.I.P.R.E.), dans la banlieue de Chicago. Un théoricien des dislocations de l’université voisine de l’Illinois, J. Weertman, toujours très écouté par les glaciologues et climatologues américains y a contribué. En 1961, le S.I.P.R.E. fusionna avec l’Arctic Construction and Frost Effects Laboratory, également du Corps of Engineers (U.S. Army), pour former le Cold Regions Research and Engineering Laboratory (C.R.R.E.L.), situé à Hanover (New Hampshire). Le C.R.R.E.L. groupe plus de trois cents personnes. Dans sa division Recherche on met au point des techniques de forage (H. Ueda), on étudie l’hydrologie nivale (S. Colbeck), la glace de mer (W. Weeks, W. Hibler), les calottes polaires (A. Gow). Une division plus importante s’occupe d’ingénierie, et une troisième de bibliographie glaciologique.

Un Institut d’études polaires a été fondé à l’université de l’Ohio, à Colombus, par Goldthwait, géologue du Quaternaire (I. Whillans). À l’université du Wisconsin (à Madison), C. Bentley s’occupe de prospection géophysique dans les calottes polaires.

Les glaciers sont étudiés sur la côte ouest, au départ sous l’impulsion d’un physicien du solide du California Institute of Technology, B. Kamb, à l’université du Washington à Seattle (C. Raymond) et au Project-Office Glaciology de l’U.S. Geological Survey à Tacoma (M. Meier). Dans ces deux derniers centres on étudie aussi la glace de mer (N. Untersteiner, W. Campbell), et, à Seattle, le Quaternaire et les sols gelés (A. L. Washburn).

Il faut enfin mentionner des universitaires isolés, et le centre d’étude des climats de la N.O.A.A. à Boulder, au Colorado (U. Radok), où se trouve aussi le principal centre mondial d’archivage des données glaciologiques. Le financement des recherches antarctiques est assuré aux États-Unis par la National Science Foundation, Division of Polar Programs (R. Cameron).

• 1892; du rad. de glace et -logie

⇒GLACIOLOGIE, subst. fém.

Étude des glaciers, de leur répartition, de leur influence, de leur évolution. Initiation aux diverses techniques; stages de climatologie, glaciologie et de morphologie littorale (Colloque géogr. appl., 1962, p. 137).

REM. Glaciologique, adj. Qui est relatif à la glaciologie. Cartes, enquêtes, études glaciologiques. Centre d'études et de documentation nivologique et glaciologique (Météor. fr., 1963, p. 15).

Prononc. : []. Étymol. et Hist. 1901 (Nouv. Lar. ill.). Dér. savant du lat. glacies; élém. formant -logie. Bbg. QUEM. DDL t. 2, 13 (s.v. glaciologique).

glaciologie [glasjɔlɔʒi] n. f.

ÉTYM. 1892; de glacio- (→ Glace), et -logie.

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♦ Sc. Étude des glaciers, de la glace et des terres glacées (dans l'Arctique ou l'Antarctique).

V. Romanovsky et A. Cailleux, la Glace et les Glaciers, p. 22.

J. Green, Journal, La terre est si belle, 8 juin 1976.

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