E1 Noyau thermodynamique

Topique

L'élément thermodynamique fondamental de la cryosphère est la transition de phase entre l'eau, la glace et la vapeur d'eau. C'est cette même transition qui régit la formation de la glace, sa persistance et sa fonte. La glace présente un comportement particulier lors de cette transition : plus la pression exercée sur elle est importante, plus sa température de fusion est basse. Ainsi, son propre poids peut provoquer sa fonte sans que le milieu environnant ne se réchauffe. Ce comportement anormal, appelé regelation, permet à la glace de s'écouler sous le poids du glacier qui la contient et est essentiel à la compréhension du glissement d'un glacier sur le substratum rocheux. La transformation de l'eau liquide en glace à 0 °C nécessite l'extraction d'une quantité fixe d'énergie par kilogramme d'eau congelée (environ 334 kilojoules par kilogramme), et cette même quantité d'énergie doit être restituée à la glace pour la faire fondre. L'énergie absorbée ou libérée par la glace lors de ses changements de phase domine le bilan énergétique à l'interface de fusion.

La glace conduit la chaleur environ quatre fois plus vite que l'eau liquide, et bien plus vite que l'air. Cette conductivité thermique supérieure détermine la vitesse de propagation de la chaleur à travers une couche de glace ou de neige, qu'elle provienne de la surface ou de l'intérieur.

La manière dont la chaleur se diffuse dans la glace, combinée à la chaleur qu'elle absorbe ou libère à chaque changement de phase à son interface de fonte, détermine l'évolution du profil de température au sein d'un glacier ou d'un pergélisol. Lorsque ce profil de température se stabilise, et tant que le glacier reste froid en profondeur sans se réchauffer de l'intérieur, la température de la glace varie de façon directe et proportionnelle entre la surface et la base du glacier.

La glace est également moins dense que l'eau liquide qui l'entoure, avec une densité proche de neuf cent dix-sept kilogrammes par mètre cube par rapport à celle de l'eau, et cette plus faible densité de la glace a des conséquences cruciales : c'est ce qui permet à une plateforme de glace de flotter sur l'océan au lieu de couler, et c'est ce qui rend possible la formation de glace de mer à la surface de la mer, la même glace dont la transition de phase, la chaleur latente, la conductivité thermique et le profil de température ont décrit cette description depuis le début.

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