Les glaciers, ces imposantes masses de glace, qui peuplent les vallées de haute altitude et les régions polaires ; semblent figés lorsqu’on les observe à l’œil nu. Ils sont pourtant continuellement en mouvement !
De quelques centimètres à quelques mètres, ou même jusqu’à une centaine de mètres par jour lors d’évènements particuliers de « crue » ; les glaciers bougent. Mais quel est donc l’origine de ces mouvements ?

Cet article présente une expérience qui vous permettra d’explorer ou de faire explorer à un groupe comment les glaciers se mettent en mouvement et d’étudier quelques-uns des facteurs qui influencent leurs mouvements.

L’expérience utilise un matériau « modèle », le flubber, qui a un comportement mécanique comparable à la glace : il s’écoule de manière visqueuse lorsqu’il se déforme lentement et se fissure lorsqu’il se déforme rapidement. Par contre, les déformations du flubber sont bien plus rapides que celles de la glace, contrairement au glacier, vous allez le voir se déformer en l’espace de quelques secondes !

Liste de matériel

Pour simuler une vallée : un tube en carton ou en plastique coupé en deux dans sa longueur. Vous pourriez également utiliser du papier mâché pour recréer le relief d’une vallée entourée d’une chaîne de montagnes.

Pour le flubber : du Borax (disponible en pharmacie), de la colle blanche, de l’eau tiède, deux saladiers, un verre à moutarde, un sachet ziploc (pour le stocker après l’expérience).

Et aussi : un gros feutre ou marqueur, une paire de ciseaux, du papier de verre, des bâtonnets / cure-dents, des vieux journaux pour protéger son espace de travail, un chronomètre, une règle.

Remarque : le flubber est toxique et ne doit en aucun cas être ingéré ! Avec de jeunes enfants, l’expérience devra donc être réalisée sous la supervision d’un adulte.

Créer son flubber

Dans le premier saladier, versez ¾ d’un verre d’eau tiède et un verre de colle, mélangez.
Dans le deuxième saladier, mettre deux cuillères à café de borax avec ½ verre d’eau tiède et bien mélanger le tout.

Verser le contenu du premier saladier dans le deuxième : le flubber apparait ! Il ne vous reste plus qu’à enlever l’excédent d’eau. Si vous préparez le flubber en avance, vous pouvez le stocker dans le sachet ziploc pendant plusieurs jours.

Premières observations

Etalez le flubber dans votre maquette de vallée. A l’aide du gros feutre tracez une ligne droite, perpendiculaire à la pente de la vallée. Le flubber commence à bouger, la ligne tracée au marqueur se déforme.
Comme la glace, le flubber « s’écoule » de manière visqueuse. Sur les bords de notre modèle de glacier, l’écoulement est moins important, il est ralenti par la friction avec le socle !

Suivant la forme de maquette que vous créée, vous pouvez simuler l’une des familles de glaciers que l’on trouve sur la planète. Sur les photos ci-dessous vous pouvez observer glacier de vallée avec une langue en piedmont et son petit frère, en flubber.

Glacier de vallée avec langue en piedmont, île d’Ellesmer Canada, photo J. H. Scurlock.

Expérience réalisée lors des tribulations savantes (http://laitue.osug.fr/tribulations_savantes/)

Comment la topographie et la nature du socle rocheux influencent la vitesse d’écoulement du glacier ?

En parcourant les régions alpines ou polaires, on découvre que les glaciers s’établissent dans des zones très variées : vallées, cirques ou même de grands plateaux. Ainsi, les sites accueillant des glaciers présentent des pentes qui peuvent être fortes ou quasiment nulles ! Comment pensez-vous que cela influence l’écoulement du glacier ?

On appelle « socle du glacier » le massif rocheux sur lequel il repose. Celui-ci peut avoir des propriétés très variées : granit compact lissé par la glace, ou roche sédimentaire plus tendre se délitant en petits blocs (« socle rugueux »). Pensez-vous que cela puisse également influencer l’écoulement du glacier ?

Exemple de rocher lissé (Glacier de Saint Sorlin, photos L.G.)

Pour tester vos hypothèses, utilisez votre maquette et le flubber en faisant varier un paramètre à la fois : pente, puis nature du socle (en utilisant le papier de verre pour simuler le socle rugueux). A chaque fois, chronométrez le temps pendant lequel votre glacier se déplace et mesurez la distance qu’il a parcourue. Vous pouvez estimer la vitesse du glacier en prenant la distance divisée par le temps d’écoulement.
Les résultats permettent-ils de confirmer vos hypothèses ?

Certains glaciers s’établissent sur des parois extrêmement pentues, comme par exemple Weisshorn dans les Alpes Suisse. Ces glaciers « suspendus » se déforment pourtant très lentement et irrégulièrement. Comment expliquer cette particularité ?

Flanc Nord du Weisshorn et ses glaciers suspendus, photo L.G.

Influence de la température sur l’écoulement de la glace

Voici un indice : les glaciers suspendus n’existent que dans des zones extrêmement froides. La température pourrait-t-elle modifier l’écoulement de la glace ?

Une nouvelle expérience va vous permettre de répondre à cette question : placez une partie du flubber au congélateur pendant 30 minutes. Evaluez ensuite la vitesse d’écoulement du flubber « froid » puis comparez-la à celle d’un flubber « tempéré » à température ambiante.

Vous venez de découvrir une nouvelle particularité de la glace : sa vitesse d’écoulement varie avec la température !

Les glaciologues parlent de glaciers « tempérés » lorsque la glace est au point de fusion (0°C à la pression atmosphérique) et de glaciers « froids » lorsque la température est plus basse. Dans les glaciers tempérés, on trouve toujours de l’eau liquide qui s’écoule à l’interface entre le socle et le glacier. La quantité d’eau présente dans le glacier varie en fonction des saisons mais augmente particulièrement en période de fonte.

Pour tester le rôle de l’eau s’écoulant entre le glacier et son socle, versez doucement un verre d’eau sur votre maquette, au-dessus (à l’amont) du flubber.
L’eau agit comme un lubrifiant : le flubber ne s’écoule plus seulement par déformation mais il glisse également sur le socle ! Ce processus est courant dans les glaciers alpins, qui sont pour la plupart des glaciers tempérés.

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