Des pancakes à la mélasse ! /Pancakes or slush?

En Français ci-dessous

In English:

After 8 long days of sailing in a dancing ocean, with strong winds and grey tones, I could not wait to reach the sea ice on that Wednesday 19th of April. The fog was quite thick, but it is during the night that the first pieces of pancake ice appear under the lights of the ship (see first picture). At looking at the ice, I felt the same emotions and excitement as during my first sea ice mission crossing the Arctic Ocean some years ago. So on that night, I went to sleep with a lot of nice images in my head and I could not wait for the daylight to come to discover all this ice around us.

The next morning, our main goal was to find a safe and appropriate place to go to sample these pancakes, so we had to wear for the first time our polar outfits. You will find here below portraits of each of us in our polar outfits.

Why are we interested in sampling these pancakes? Because they represent one of the first stage of sea ice formation in this region! Indeed, at the end of the austral summer (end of March), the atmospheric temperatures in and around Antarctica are strongly decreasing, which cools down the water to below zero levels. When the surface seawater reaches -1,8°C, ice crystals start to form at the water-atmosphere interface that is called frazil ice. This changes the viscosity of the water giving a “greasy” look to its surface (see IMAGE after the portrait). When the sea is calm, this “greasy” ice will become thicker and more rigid to form sea ice platforms. Whereas in the presence of strong waves and wind, these ice crystals will aggregate and form pancakes. The size, shape and thickness of these pancakes evolve according to the wind and wave conditions. They can reach up to 50cm of thickness and 3m of diameter. Day after day, these pancakes will increase size and collide with each other to form bigger ice platforms.

As soon as the ice starts to form at the surface water, it rejects all impurities (salts, dust, but also gases) from the surface water downward. This process concentrates the impurities at the ice-water interface, making the water mass under the ice more heavy so it will sink towards the deep ocean layers bringing together the impurities it contains, including the greenhouse gases formerly dissolved in the surface water. This phenomenon is therefore good news for the greenhouse effect, because it allows isolating greenhouse gases from the atmosphere for many hundreds or thousands of years. The major problem is that the sea ice extend is decreasing and the sea ice is forming less and less efficiently because of human activity induced climate change, therefore this process is deemed. That affects the global oceanic circulation, but also the greenhouse gas cycles, but the latest is to date poorly quantified.

The main goal of our team during this expedition and the reason why we are here during the harsh Antarctic winter is to better understand and quantify the role of sea ice formation on the atmospheric concentrations of the main greenhouse gases: carbon dioxide, methane and nitrous oxide, but also on other climatic compound as dimethylsuflide. In that purpose, we measure the different gas concentrations (and isotopes) in the atmosphere, in the water (down to the seabed at 2-4km depth) and in the ice. Even though sampling ice is often challenging, these samples are very important because some of the greenhouse gases become trapped in the ice during the formation process or can form in the ice, thus also affect the atmosphere.

To sample frazil ice crystals or ice from small pancakes is not easy, because it is not possible to stand on it to drill through the ice. However, Jean-Louis and Bruno have developed a “bucket method” that they have tried during our first zodiac station. It consists of cutting in the ice from the zodiac with a saw and surround the ice with a bucket and lift it up to keep all the salty water (brines) it contains. It was not easy, but thanks to the strength and the long arms of Gauthier, that has been a big success. We also went on bigger pancakes to drill on them (see photos), but it has been very challenging, because the pancake was drifting away from the ship and we became slowly trapped in the ice, so the Captain obliged us to come back closest to the ship to start all over again on a pancake that we finally anchored to the ship with ice screws. Bruno and Fanny performed as well carbon dioxide flux measurements on pancakes to determine if sea ice emitting or absorbing carbon dioxide at that stage.

This pancake experiment has all been very successful for us, thanks to the help of a greatly qualified and efficient science support team and this is promising for the coming stations. Tomorrow, Monday the 24^th will be our first long ice station where we will stay at the same location for about 16-24h and work on the ice during long hours in the cold. So it is definitely time to say good night and let you enjoy the beautiful sea ice sceneries of the photos below.

Thanks for following us and do not hesitate to write to me/us: celia.sapart.guest(a)nbp.usap.gov (replace (a) by @).

All the best,

Célia

En Français

Après 8 longs jours de mer dansante, de forts vents et de tons grisâtres, c’est exaltée que j’ai attendu que l’on atteigne la glace ce mercredi 19 avril. Un épais brouillard a tout d’abord tapissé la surface océanique pendant les premières heures de la nuit, puis des pancakes de glace ont percé la brume sous les phares du bateau. En voyant toute cette glace en formation, j’ai ressenti les mêmes sentiments que lors de ma première grande traversée Océan Arctique, c’est toujours aussi excitant et unique, même si cette fois-ci les conditions sont beaucoup plus extrêmes. Ce fut très compliqué de photographier les pancake du fait du manque de lumière et du déplacement rapide du bateau, mais la photo ci-dessous vous donne une idée de ce que nous avons vu cette nuit-là.

Pancakes de glace de nuit quand nous avons atteint la zone marginale de glace à 68 degrés Sud le 19 avril dans la nuit/ Pancake ice when we just reached the marginal ice zone at 68degree South in the night of the 19th of April.

C’est donc avec de très belles images en tête que j’ai trouvé le sommeil pour ma première nuit sans réveils multiples depuis que j’ai quitté la Belgique. Au petit matin, nous naviguions toujours dans les pancakes et le but de notre journée était de les étudier et donc de trouver une zone suffisamment stable pour aller faire de l’échantillonnage.

Paysage de glace à pancake/ Pancake ice scenery

Pancake vu de dessus en gros plan. Ils mesurent en géneral entre 30cm et 3m de diamètre / Pancake ice seen from above. Their diameters go from 30 cm to 3 m

Paysage de glace à pancake / Pancake ice scenery

L’équipe belge s’est donc équipée pour partir échantillonner ses premiers morceaux de glace. Voici quelques portraits de chacun en tenue de combat.

Le boss, notre professeur Tison, plus connu dans les hautes latitudes sous le nom de J-Lo, car Jean-Louis cela est trop compliqué à prononcer pour les non-francophones. Il est le moins habillé d’entre nous, car avoir froid, il ne connaît pas./ The boss, our professor Tison, more known at high latitudes under the name of J-Lo, because Jean-Louis might be hard to pronounce for non-french speaker. He is the less densely dressed of all of us, because being cold, he does not know what it feels like

Moi-même, née dans la Sibérie Suisse, le froid ne me fait pas peur, mais glisser sous la glace reste mon soucis numéro 1/ Myself, born in the so-called Swiss Siberia, so cold conditions do not worry me, but sliding under the ice does!

Bruno, le Français de l’équipe belge originaire du Sud de la France, l’Antarctique il connaît bien/ Bruno, the french guy of the belgian team. He is from the South of France, but he is an experienced Antarctica fellow

Jeroen, le Hollandais de l’équipe belge qui a de nombreuses expéditions à son compteur, donc les mers agitées, le vent et le froid ne l’effrayent pas./ Jeroen, the dutch guy of the Belgian team. He has done many expeditions already, so rough seas, heavy winds and cold conditions do not frighten him.

Fanny, la jeunette de l’équipe belge, mais non moins motivée. Elle a déjà brièvement rencontré les grands froids arctique, donc elle a prévu les couches nécessaires pour se tenir bien au chaud. / Fanny, the youngest one of the belgian team, but not the less motivated. She has already shortly experienced the cold Arctic, so she is now well prepared with some extra layers to face the cold Antarctic conditions. 

Gauthier, capable de se préparer en 2 minutes chrono pour être prêt à sauter dans un zodiac ou sur la glace. L’Antarctique il connaît, et il préfère clairement être au grand froid plutôt que devant son ordinateur/Gauthier who can dress up in 2 minutes to be ready to jump in a zodiac or go on the ice. Antarctica, he knows it very well and he definitely prefers to work in harsh conditions as in front of his computer.

A la fin de l’été austral (dès la fin mars), les températures atmosphériques en bordure de l’Antarctique descendent (parfois très brutalement) ce qui refroidit l’eau de surface et permet la formation de la banquise. Lorsque l’eau de mer atteint la température de -1,8C, des cristaux de glace (= le frazil) commencent à se former en surface et changent la viscosité de l’eau pour lui donner un aspect huileux que l’on appelle la « mélasse » (Voir photo ci-dessous). Quand la mer est calme, cette « mélasse » va s’épaissir petit à petit pour former la banquise alors que sous l’effet de fortes vagues, ces cristaux vont s’agréger pour former des pancakes. La taille, la forme et l’épaisseur de ces pancakes évoluent selon l’action des vents et des vagues. Ils peuvent atteindre jusqu’à 50cm d´épaisseur et 3m de diamètre. Jour après jour ces pancakes vont grossir et s’agglomérer les uns avec les autres pour former de plus grandes plateformes de glace.

Vue sur le bateau durant notre première sortie en zodiac pour aller échantillonner la glace des pancake. On voit clairement la formation de cette « mélasse » sur l’eau de surface entre les pancakes. /View on the ship during our first zodiac station where we sampled ice from the pancakes. You can clearly see the frazil formation in the surface water between the ice pancakes.

Dès que la glace commence à se former à la surface de l’eau, elle rejette petit à petit vers le bas les impuretés (sels, gaz à effet de serre, poussières, etc.) contenues à la base dans l’eau de surface. L’eau juste sous la glace devient alors de plus en plus concentrée en impuretés et donc plus lourde. De ce fait, elle va plonger vers les profondeurs en entraînant avec elle les impuretés rejetées par la formation de la glace dont les gaz à effet de serre qui se trouvaient à la base dans l’eau de surface. Ce phénomène de formation de la banquise est donc une bonne nouvelle pour le climat, car il permet d’isoler les gaz à effet de serre de l’atmosphère en les envoyant vers les profondeurs océaniques pendant des centaines voir des milliers d’années. Le problème majeur est que du fait des changements climatiques causés par l’activité humaine, la banquise se forme de moins en moins bien et de moins en moins vite. De ce fait, ce phénomène de plongement des eaux de surface vers les profondeurs océaniques est en train de s’atténuer ce qui joue un rôle majeur sur la circulation océanique globale, mais aussi et cela est encore mal quantifié, sur l’effet de serre et donc directement sur notre climat.

Le but de notre équipe durant cette expédition est de mieux comprendre et quantifier le rôle de la formation de la banquise antarctique sur les concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre principaux : le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et l’oxyde nitreux (N₂O) et d’autres composés climatiques comme le dimehthylsulfide (DMS). Nous mesurons les concentrations (et d’autres traceurs) de ces gaz dans l’atmosphère, dans la colonne d’eau (jusqu’au fond de l’océan à environ 2-4km de profondeur dans cette zone) et dans la glace. Les mesures dans la glace sont compliquées, mais essentielles, car durant la formation de celle-ci, il y a toujours des gaz qui restent piégés dans la glace ou qui peuvent s’y former et nous voulons quantifier cela (donc ce qui peut impacter directement l’atmosphère quand la glace fond) et ce qui part vers les profondeurs océaniques. Pour cela, il nous faut prendre des échantillons de glace à différents moments de sa formation et c’est pour cela que nous sommes partis durant l’hiver austral, malgré les conditions très rudes.

L’échantillonnage des toutes premières étapes de formation de la glace (la « mélasse » et les petits pancakes), n’est pas possible en faisant du carottage (forage) comme nous le ferions sur de la glace plus consolidée. De ce fait, Jean-Louis et Bruno ont eu l’idée prendre ces échantillons de glace non-consolidée dans des bacs en plastique depuis un zodiac. Un tel déploiement est loin d’être facile à sécuriser, mais après un certain nombre de discussions le capitaine a donné son accord. Le zodiac a donc été mis à l’eau, grâce à des techniciens marins très efficaces.

Le déploiement du zodiac/ zodiac deployment

Pour atteindre le zodiac, nous devions descendre le long des parois gelées du brise-glace sur une échelle en corde. Avec nos énormes bottes et nos combinaisons très épaisses, cela n’était pas mince affaire.

Après avoir descendu le matériel, nous descendions les uns après les autres sur le zodiac / After having loaded the material, we were going down one per one to the zodiac

Ma première descente du brise-glace sur le zodiac/ My first way down from the ice-breaker to the zodiac

Le risque principal d’un tel exercice est que le zodiac se fasse prendre dans la glace et cela est difficile à voir venir en étant au ras de l’eau, car nous ne pouvions pas avoir une bonne vue d’ensemble et la glace dérive très vite et avec une force inimaginable. Durant plusieurs heures, le capitaine et le chef scientifique avaient donc les yeux braqués sur nous depuis le pont supérieur du bateau et nous étions en liaison radio constante. La manœuvre a duré plusieurs heures, mais notre première équipe (Bruno, Jean-Louis, Gauthier et Jeroen) a réussi à prendre des échantillons de glace dans des bacs en plastique. Le jour suivant Fanny et moi y avons aussi participé, car nous y sommes allés en deux fois. La première équipe, Jean-Louis, Gauthier et moi devions trouver un pancake suffisamment stable pour y forer et Fanny et Bruno ensuite sont partis faire des mesures de flux de CO₂ sur le même pancake.

A la recherche d’un pancake suffisamment stable pour y forer avec Hannah au commande du bateau et de dos (de gauche à droite) Gauthier, moi et Jean-Louis / Looking for a good pancake to drill sea ice cores. Hannah was at the engine and (from left to right) Gauthier, myself and Jean-Louis

Gauthier et Hannah/ Gauthier and Hannah

La recherche d’un pancake suffisamment stable n’a pas été facile, car dès que nous en trouvions un, le zodiac s’y accrochait, puis nous dérivions petit à petit et la glace se fermait autour de nous. A un moment, le capitaine nous a ordonné de revenir immédiatement vers le bateau, car nous étions en train de nous faire prendre par la glace. Et effectivement, ce fut difficile de revenir vers le bateau, mais Hannah, une des talentueuses techniciennes marines a réussi à nous frayer un chemin dans la glace.

Moi-même avec le bateau en arrière-plan/ Myself with the ship on the background 

Jean-Louis et Ben (l’assistant de terrain) qui regarde le bateau/ Jean-Louis and Ben (the field assistant)  looking at the ship.

Le bateau et sa robe gelée /the ship and her frozen dress

Après de multiples tentatives pour s’arrimer à un pancake sans dériver, il a finalement été décidé de pousser un pancake vers le bateau et de l’accrocher avec des visses à glace pour le stabiliser et cela a marché non sans peine ! Jean-Louis est donc monté dessus pour y forer nos premières carottes de glace de cette expédition.

Jean-Louis en train de forer / Jean-Louis drilling through the ice.

Jean-Louis en train de forer avec Gauthier et moi qui l’assistions depuis le zodiac /Jean-Louis drilling with Gauthier and myself, his assistants on the zodiac

Puis ce fut le tour de Fanny et Bruno (malheureusement, je n’ai pas réussi à faire une bonne photo d’eux deux sur le zodiac) d’aller faire des mesures de flux de CO₂ sur le pancake afin de déterminer si la glace rejetait du CO₂ vers l’atmosphère à ce stade ou si au contraire elle absorbait du CO₂.

Bruno faisant des mesures de flux avec une cloche sur la glace/ Bruno performing flux measurements on the ice with a bell.

Après plusieurs heures sur le zodiac, le temps avait commencé à devenir venteux et gris, donc le froid devenait de plus en plus difficile à supporter. Nous étions donc contents de pouvoir remonter à bord pour nous réchauffer.

Jean-Louis qui remonte à bord/ Jean-Louis coming back on board

Moi-même, toujours aussi pu rassurée sur cette échelle de corde, surtout car mes bottes sont beaucoup trop grandes/ Myself, not so comfortable on these rope ladder, especially with my boots that are quite too big for my feet

Moi-même, de retour à bord après la station zodiac. Difficile de lever la jambe avec toutes ces couches d’habits et cette épaisse combinaison / Myself back on the ship after the zodiac station. Not easy to lift my leg up with all these cloth layers and this thick overall 

Le retour de nos gars après la toute première station zodiac. Malgré le mauvais temps, ils étaient bien heureux d’avoir réussi l’échantillonnage avec les bacs en plastique/ Our guys back on board after the very first zodiac station. The weather was bad, but they were very happy to have been successful with the sampling of the frazil and thin pancakes in the plastic boxes

Malheureusement, quand Fanny est rentrée de sa première station zodiac avec Bruno, j’étais en train de faire des mesures et je n’ai pas pu la prendre en photo. Mais ce n’est que partie remise !

Ces stations zodiac étaient sans doute une de nos plus grandes incertitudes techniques de cette mission, donc nous sommes très heureux que cela marche, car nous devrons en faire plus souvent quand nous arriverons dans les zones de polynies plus au Sud, où la glace se forme intensément sous l’effet des vents catabatiques. Les paysages depuis le zodiac étaient vraiment fantastiques et c’est fascinant de pouvoir voir le bateau depuis l’extérieur. Néanmoins, s’éloigner du bateau est aussi un peu angoissant, car il est la seule chose qui nous relie au reste du monde et qui peut nous assurer de rentrer chez nous.

Les choses sérieuses ont donc vraiment commencé et les heures de sommeil commencent à être comptées, car après chaque échantillonnage, il faut faire les premières mesures sur la glace et l’eau à bord du bateau. D’ici lundi 24, nous commencerons nos stations glace (16-24h d’arrêt dans la glace) où nous devrons donc travailler en partie dans la nuit et le très froid. Nous sommes actuellement à 71S et il fait pour l’instant -20C pendant les quelques heures de jour et donc plus froid quand le soleil est absent. Les températures continuent à descendre, mais ce qui est le plus dur à supporter c’est le vent, car il fait fortement baisser la température ressentie. Nous ne pouvons pas sortir même quelques minutes sur le pont sans équipement au risque de se faire prendre méchamment par le froid. J’ai d’ailleurs eu une frayeur en étant seule sur le pont pour prendre des photos, car j’avais très mal aux mains malgré mes gants (fins pour pouvoir prendre des photos), mais j’ai continué à prendre des photos jusqu’à ce que ça ne soit plus supportable. Mais quand j’ai voulu rentrer, j’avais tellement mal aux mains que je n’arrivais plus à bouger les grosses poignées pour ouvrir les portes en métal du bateau. Heureusement, je suis descendue d’un étage et quelqu’un avait oublié de fermer la double porte à cet endroit, donc j’ai pu rentrer sans problèmes. Je me suis rendu compte que j’avais pris un risque stupide, car on l’oublie parfois, mais tout peut très vite mal tourner dans un tel environnement. Comme dirait Steeve notre chef scientifique : « Dans la vie, il y a une bonne leçon à apprendre chaque jour ! ». J’en prends bonne note.

Chaque photo de paysages que vous voyez ici a donc été prise dans des conditions que les appareils photos (et nos doigts) ont souvent du mal supporter.

Un paysage de pancake / A pancake ice scenery  

Pancake d’environ 1m de diamètre vue de dessus/ View from above of pancakes of about 1m of diameter

Ces bleus de l’Antarctique qu’on ne peut expliquer avec des mots…/ These blue tons from Antarctica difficult to explain with words

Nous avons été très chanceux avec la météo durant ces premiers jours dans la glace, car nous avons vu le soleil percé plusieurs fois et cela fait du bien au moral et aux yeux. Je trouve cela toujours aussi fascinant de briser la glace, même si ce navire est beaucoup plus bruyant que l’Oden (le brise-glace de ma dernière expédition), ce qui rend les discussions impossibles dans la cantine qui est dans la cale avant du bateau.

Nous avons eu beaucoup de plaisir à lire vos messages, donc nous vous remercions beaucoup. C’est génial de pouvoir partager tout cela avec vous et savoir que tant de personnes nous suivent avec intérêt est d’autant plus motivant pour écrire ce blog malgré la fatigue.

N’hésitez pas à envoyer vos commentaires, questions ou simplement à m’écrire (ou à nous écrire) à l’adresse suivante : celia.sapart.guest(a)nbp.usap.gov (remplacer le (a) par @). Attention, les pièces-jointes de plus de 5MB ne sont pas acceptée.

Bon vent à tous et à bientôt depuis la banquise, J-1 avant notre première longue (16h) station sur la glace ! !

Célia

Erratum : Dans mon dernier article, une erreur s’est glissée dans mon explication concernant l’effet des icebergs sur la montée du niveau de la mer. J’ai corrigé cela comme ci-dessous  (Merci Francis d’avoir détecté ma mauvaise formulation) :« Quand ces icebergs se décrochent des calottes glaciaires et tombent dans l'océan, ils entraînent une élévation du niveau de la mer. Cela est le même principe que quand on prend un bain, l'eau monte dans la baignoire quand on s'immerge. Quand les icebergs fondent, cela entraîne également un apport d'eau continentale (moins salée, donc plus légère) vers la mer ce qui peut changer les courants océaniques..”