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SCIENCES ET VIE 🔵 Une équipe a établi la carte la plus complète à ce jour des immenses grottes de glace du mont Rainier

Le mont Rainier est un stratovolcan actif situé dans la chaîne des Cascades, dans l’État de Washington. Ses deux cratères abritent les plus grandes et les plus hautes grottes glaciovolcaniques connues au monde. Une série d’études de terrain menées dans les années 1970 et 1990 ont permis de documenter la morphologie de ce labyrinthe de glace. Des expéditions plus récentes ont mis en relief certains changements structurels, survenus au fil du temps.

Situées à 4382 mètres d’altitude, les grottes du mont Rainier ont été documentées pour la première fois par des alpinistes en 1870. Elles sont creusées dans la glace, à l’interface glacier-roche, par les gaz volcaniques et les flux d’air. Cependant, la façon dont elles se forment et évoluent au fil du temps reste mal comprise. Plusieurs explorations menées en 1970-1973 et en 1997-1998 dans les cratères Ouest et Est ont permis de documenter la morphologie de ce réseau de grottes. Une équipe d’alpinistes, de spéléologues et de scientifiques s’y est aventurée plus récemment, pour cartographier le site encore plus précisément et analyser son évolution. Ces grottes constituent une opportunité rare d’étudier le fonctionnement interne d’un glacier. Par extension, les données collectées peuvent également aider à mieux comprendre les lunes et exoplanètes glacées.

Plus de 3,5 kilomètres de couloirs explorés

Les grottes glaciovolcaniques sont relativement rares. Il n’y aurait, dans le monde, qu’environ 250 systèmes volcaniques capables d’abriter des grottes glaciaires, précise National Geographic. Seuls quelques-uns de ces sites, en Antarctique, en Islande et en Amérique du Nord, ont été documentés. Ces grottes sont particulièrement difficiles à explorer ; l’ascension n’est pas à la portée de tous. Le réseau de grottes lui-même comporte des passages dangereux.

De 2014 à 2017, le spéléologue Christian Stenner, explorateur National Geographic, et son équipe ont visité plus de trois kilomètres de galeries. Ils présentent aujourd’hui la carte la plus complète à ce jour des grottes de glace du mont Rainier. Sur la base des documents établis grâce aux premières explorations, ils se sont aperçus qu’en plus de quatre décennies, des changements significatifs se sont produits.

plan grottes Mont Rainier

Plan du réseau de grottes du cratère est du mont Rainier. Crédits : Stenner et al., the Journal of Cave and Karst Studies (2024)

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Dans le cratère Est, la longueur totale des segments Ă©tudiĂ©s a presque doublĂ© depuis 1973 : elle atteint dĂ©sormais 3593 mètres. Le couloir principal fait dĂ©sormais presque le tour complet du cratère, rapporte l’équipe dans the Journal of Cave and Karst Studies. Les passages font en moyenne 6,6 mètres de diamètre. L’entrĂ©e la plus Ă©levĂ©e se trouve Ă  4373 m et le point le plus bas, « the Bird Room Â», Ă  4229 m. Cela reprĂ©sente une amplitude verticale de 144 mètres.

Cette « extension » a révélé la présence d’un lac sous-glaciaire, le lac Adélie – potentiellement le plus haut des Etats-Unis. Certaines sections de la grotte semblent avoir conservé leur forme et leur position au fil du temps. D’autres, au contraire, sont en train de disparaître ou se sont déplacées.

Un volcan sous haute surveillance

Le Mont Rainier s’est formé par éruptions successives au cours des dernières 840 000 années. L’éruption la plus récente a vraisemblablement eu lieu en décembre 1894.

En raison de l’augmentation des températures annuelles moyennes et de la diminution des chutes de neige, le volume de glace a diminué de 14 % entre 1970 et 2008, souligne l’étude. Cette fonte glaciaire s’accompagne d’un potentiel renforcement de l’activité hydrothermale, car elle altère le substrat rocheux et affaiblit la stabilité des pentes. Or, les effets cumulés de la perte de masse glaciaire et de la stabilité des édifices peuvent augmenter la probabilité d’éruption.

stratovolcans Etats-Unis grottes glaciaires

Les grottes glaciaires du Mont St. Helens et du Mont Hood s’avèrent moins stables que celles du Mont Rainier. CrĂ©dits : Stenner et al., the Journal of Cave and Karst Studies (2024)

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« Plus de 100 fumerolles, alimentĂ©es par le cycle hydrothermal de la fonte glaciaire, existent actuellement sous les bouchons de glace du sommet et les glaciers adjacents Â», prĂ©cisent les auteurs de l’étude. En consĂ©quence, le Mont Rainier fait l’objet d’une surveillance accrue. SituĂ© Ă  95 kilomètres au sud de Seattle, il constitue un danger potentiel pour la population environnante.

Les changements observés dans la structure des grottes pourraient être annonciateurs d’une éruption imminente. Certains signes ne peuvent pas être repérés par télédétection. Par exemple, en cas d’activité accrue, le nombre, la température et l’acidité des fumerolles augmentent. Ceux-ci résultent de la remontée de lave ardente dans la chambre magmatique.

L’équipe a remarqué que le couloir principal n’a pratiquement pas changé. En revanche, plusieurs des passages secondaires se sont déplacés ou ont disparu. Dans l’ensemble, ce système de grottes demeure relativement stable, ce qui est plutôt surprenant. Les grottes glaciaires des monts Hood et Saint Helens, situés un peu plus au sud, évoluent beaucoup plus rapidement.

Un aperçu des mondes glacés lointains

Les passages conservés au cours du temps présentent une faible variabilité de température et dépendent d’une activité fumerollienne pérenne ou d’un flux de chaleur distribué émanant du substrat rocheux chaud et des sols sédimentaires, expliquent les chercheurs.

Les passages changeants, que l’équipe qualifie de « transitoires », sont des passages de plus petit diamètre. Ils présentent une plus grande variabilité de la température et du flux d’air. En outre, les conditions météorologiques saisonnières et les effondrements mécaniques peuvent accélérer leur disparition. Des recherches supplémentaires sont toutefois nécessaires pour confirmer ces mécanismes de conservation et d’ablation de glace.

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Les glaciers sont fragiles par nature. Le changement climatique a dĂ©jĂ  affectĂ© nombre d’entre eux. Les grottes de glace du Mont Rainier sont pour le moment dans un Ă©tat d’équilibre prĂ©caire. Qu’adviendra-t-il dans quelques annĂ©es ? « La roche au sommet des volcans est « friable«  en raison des fluides chauds et acides qui y circulent, et la glace glaciaire est essentielle pour maintenir le sommet de la montagne intact Â», explique Ă  National Geographic Erin Pettit, glaciologue Ă  l’UniversitĂ© d’État de l’Oregon.

La nouvelle carte établie par l’équipe permettra de suivre de près l’évolution de ces grottes, impactées à la fois par l’activité volcanique et par le changement climatique.

Par ailleurs, l’étude de ces grottes pourrait être d’une grande aide pour l’exploration spatiale. Elles constituent un environnement extrême, abritant une foule de micro-organismes. À ce titre, elles offrent un aperçu de la vie telle qu’elle pourrait être sur les lunes de Jupiter (Ganymède, Europe) ou Saturne (Encelade), qui abritent des océans sous-glaciaires. Leur exploration peut aider à préparer les expéditions futures vers ces mondes glacés lointains.

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