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Qu'est-ce que la glace bleue, et pourquoi les grottes de glace brillent-elles ?

Qu'est-ce que la glace bleue ? C'est de la glace de glacier ordinaire, suffisamment dense et profonde pour filtrer la lumière rouge. Voici la physique en mots simples, et ce que cela signifie pour la couleur que vous verrez dans une grotte.

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Équipe éditoriale, blue-ice-cave-iceland.comMis à jour le 25 octobre 20267 minutes de lecture30 sources

Réservable ici: la visite Visite de la grotte de glace bleue depuis Jökulsárlón 4,6 (961 avis) 3 heuresPetit groupe, jusqu'à 14 personnesCasques et crampons fournis dès175 €par personne Voir les disponibilitésAnnulation gratuite jusqu'à 24 h avant

La réponse courte

01La cause: La glace absorbe la partie rouge de la lumière et laisse passer le bleu en le diffusant.¹
02La profondeur compte: Plus le trajet de la lumière est long dans la glace, plus celle-ci paraît bleue.²
03Pourquoi la neige est blanche: La lumière quitte la neige après avoir traversé seulement environ 20 cm de glace.³
04La glace de glacier: L'air se referme en bulles lorsque la densité atteint environ 830 kg par mètre cube.⁴
05Les bandes noires: Les cendres volcaniques piégées dans le glacier apparaissent en noir dans les grottes.⁵

Qu'est-ce que la glace bleue, en un paragraphe

Alors, qu'est-ce que la glace bleue ? C'est de la glace de glacier vue à travers une épaisseur suffisante pour que sa couleur apparaisse. Le United States Geological Survey explique que la glace de glacier est bleue parce que la glace absorbe la partie rouge, à longue longueur d'onde, de la lumière blanche, tandis que la lumière bleue, à courte longueur d'onde, est transmise et diffusée.¹ Rien n'est peint sur la glace; la couleur est une propriété de l'eau gelée elle-même, révélée lorsque la lumière traverse suffisamment de glace.

D'autres sources publiques disent la même chose avec leurs propres mots. Le Vatnajökull National Park écrit que la glace est bleue parce qu'elle reflète la lumière bleue et absorbe la partie rouge et jaune du spectre.⁶ NASA Earthdata est plus direct: la glace dense d'un glacier absorbe toutes les autres couleurs du spectre sauf le bleu, et parfois la glace paraît presque turquoise.⁷ ⁸

Warren, dans une revue de 2019 sur l'optique de la glace et de la neige, décrit simplement la glace comme un filtre faible pour la lumière rouge.⁹ Cette seule phrase explique la plupart de ce que vous voyez dans une grotte glaciaire: la glace fine paraît transparente, la glace épaisse paraît bleue, et les parois les plus profondes irradient la teinte la plus intense.

De la neige à la glace bleue

Comment un flocon de neige devient de la glace de glacier

Chaque hiver

La neige fraîche tombe

De nouvelles couches enfouissent et compriment la neige en dessous.¹⁰
Les premières années

Des grains de la taille de sucre

La compression transforme la neige en grains de sucre.¹⁰
Environ un an

Neige de regel

Environ deux tiers de la densité de l'eau.¹¹
Environ 830 kg par mètre cube

La glace de glacier

L'air est emprisonné dans des bulles.⁴
Plus profond et plus ancien

Moins de bulles

Les bulles rétrécissent sous la pression et se dissolvent dans la glace.¹²
Des siècles

Des cristaux de la taille d'un poing

La glace de glacier très ancienne peut former des cristaux de la taille d'un poing d'adulte.¹³

Ce qui cause la glace bleue: la longueur du trajet

Si la glace est bleue, pourquoi un cube de glace est-il transparent ? Parce que l'effet est faible et a besoin de distance. Le USGS indique que plus le trajet de la lumière est long dans la glace, plus la glace paraît bleue.² Warren donne la longueur d'absorption de la glace comme étant d'environ 2 m pour la lumière rouge à 700 nm, mais d'environ 200 m pour la lumière violette à 400 nm.¹⁴

En d'autres termes, la lumière rouge disparaît après quelques mètres de glace tandis que la lumière bleue continue. Warren ajoute que les photons de chaque couleur visible survivent et sont réfléchis ou transmis tant que le trajet à travers la glace n'est pas assez long pour absorber le rouge.¹⁵ Un cube de glace est beaucoup trop petit pour cela; un mur de grotte éclairé de l'extérieur à travers des mètres de glacier ne l'est pas.

C'est ce qui fait que la glace bleue paraît si différente d'une grotte à l'autre, et même au sein d'une même grotte. Là où la lumière du jour doit traverser un plafond épais, la lumière qui vous parvient est fortement bleue. Près de l'entrée, ou là où le toit est fin, davantage de lumière arrive non filtrée et la glace paraît plus pâle et plus grise.

Densité

De la neige légère à la glace de glacier dense

kg par mètre cube

Densités typiques telles que Warren (2019) les donne pour la neige, la neige de regel et le moment où l'air est emprisonné dans les bulles et le matériau devient de la glace de glacier.¹⁶ ⁴

Les couleurs dans la glace

Ce que chaque couleur dans une grotte vous dit

Couleur	Ce que vous verrez	Pourquoi
Bleu profond	Glace de glacier épaisse et dense	La lumière rouge est absorbée sur un long trajet
Pâle ou transparente	Glace fine près de la lumière	Le trajet est trop court pour absorber le rouge
Blanc	Neige ou glace pleine de bulles	La lumière s'échappe avant de parcourir une grande distance
Noir	Bandes dans les parois	Cendres volcaniques piégées dans le glacier
Vert	Teintes occasionnelles	Dans la glace marine, matière organique ou oxydes de fer

D'après l'USGS, Warren (2019), le NSIDC et Ice Explorers; ce que vous voyez un jour donné dépend aussi de la météo et de la lumière.¹ ² ³ ⁵ ¹⁷ ¹⁸

Les couleurs

Bleu, blanc et noir dans une même grotte

Long trajet de lumière

Bleue

Glace de glacier dense

Rouge disparu après: Environ 2 m
Le violet survit: Environ 200 m
Source: Warren 2019

Voir le tour de grotte

Trajet de lumière court

Blanc

Neige et neige compactée

Trajet de lumière dans la neige: Environ 20 cm
Densité de la neige: 300-400 kg par mètre cube
Source: Warren 2019

Voir le tour de grotte

Éruptions enfouies

Noir

Cendres volcaniques

Registre de cendres remontant à: A.D. 1200
Cendres en 2010: Presque tous les glaciers
Source: Recherche islandaise

Voir le tour de grotte

Ce qu'il faut chercher

Lire la glace lors de votre visite

Utilisez la science pour voir plus dans la grotte

Je veux le bleu le plus profond La glace paraît grise Je vois des rayures noires Je vois de minuscules bulles La neige paraît éblouissante

Détournez le regard de l'entrée

Plus la lumière parcourt de chemin dans la glace, plus elle paraît bleue.²

Vérifiez la lumière

Les couleurs varient selon la météo, la couverture neigeuse et la lumière naturelle.

Ce sont des cendres volcaniques

Les cendres piégées par le glacier apparaissent noires dans la grotte.⁵

C'est l'air de la neige ancienne

L'air est scellé en bulles quand la neige compactée devient de la glace de glacier.⁴

Trajet de lumière court

Dans la neige, la lumière s'échappe après seulement environ 20 cm de glace.³

La glace de glacier est bleue parce que la partie rouge (longueurs d'onde longues) de la lumière blanche est absorbée par la glace et la lumière bleue (longueurs d'onde courtes) est transmise et diffusée.

U.S. Geological SurveySource 1

Pourquoi la neige reste blanche

La neige est faite de la même glace, alors pourquoi un champ de neige est-il blanc ? La réponse de Warren réside dans la taille des grains. Dans la neige, les rayons des grains sont typiquement d'environ 100 micromètres, si bien qu'après 1000 événements de réfraction un photon réémerge ayant traversé seulement 20 cm de glace, bien trop peu pour perdre sa composante rouge.³

Mis à côté de la longueur d'absorption d'environ 2 m pour la lumière rouge, la réponse est claire: 20 cm de glace sont loin d'être suffisants pour filtrer le rouge.³ ¹⁴ Warren note également que la glace absorbe si faiblement la lumière visible que, dans la neige naturelle, la lumière solaire absorbée est dominée par de infimes quantités d'impuretés telles que la poussière et la suie.¹⁹

C'est pourquoi la neige fraîche qui se trouve à l'entrée d'une grotte paraît d'un blanc éclatant juste à côté de murs bleu profond. Ice Explorers décrit des couleurs lors de ses circuits qui vont du bleu vif en passant par le vert émeraude jusqu'au noir, et la neige est le blanc qui les encadre tous.¹⁸

Liste de contrôle

Photographier la glace bleue

Appareil photo

Éteignez le flash pour conserver le bleu naturel
Photographiez vers des parois épaisses, rétroéclairées
Restez immobile dans une lumière faible, ou appuyez-vous contre le mur

Confort

Des gants qui vous permettent de utiliser un téléphone
Gardez le casque sur pendant que vous photographiez

Vidéo

Le secret de la couleur bleue de la glace de glacier

Aucune donnée vidéo ne se charge avant que vous n'appuyiez sur lecture.

De la flocon de neige à la glace de glacier

La glace bleue naît de la neige. NSIDC explique que chaque année de nouvelles couches de neige enfouissent et compriment les anciennes, forçant la neige à se recristalliser, d'abord en grains de la taille et de la forme de grains de sucre.¹⁰ Après environ un an, la neige devient du névé, un état intermédiaire entre la neige et la glace de glacier, d'une densité environ deux tiers de celle de l'eau.¹¹

Warren chiffre l'écrasement. La neige d'une densité typique de 300 à 400 kg par mètre cube est compressée sous son propre poids en névé de 550 à 830 kg par mètre cube, et quand la densité atteint environ 830, l'air est emprisonné en bulles et le matériau devient de la glace de glacier.¹⁶ ⁴ Plus en profondeur encore, les bulles rétrécissent sous la pression et finissent par se dissoudre dans la glace.¹²

Tout le processus est lent. NSIDC indique qu'avec le temps les cristaux deviennent si compressés que les poches d'air entre eux deviennent minuscules, que les cristaux de glace de glacier très ancienne peuvent atteindre la taille d'un poing d'adulte, et que pour la plupart des glaciers le processus prend plus d'un siècle.¹³ Warren note que la glace développe un bleu visible dans les crevasses glaciaires et les icebergs, en particulier la glace marine dépourvue de bulles.²⁰

Les bandes noires: cendres volcaniques dans la glace

L'Islande ajoute une troisième couleur. NSIDC décrit la lumière dans une grotte de Breiðamerkurjökull se déplaçant entre le bleu de la glace pure, le blanc de la neige fraîche et le noir des cendres volcaniques piégées par le glacier.⁵ La NASA note que certains icebergs de Jökulsárlón sont d'un bleu électrique striés de noir par les cendres d'éruptions passées.²¹

Ces stries sont une histoire enfouie. Des chercheurs ont détecté des couches de tephra d'âge connu à l'intérieur des calottes glaciaires de Mýrdalsjökull et Vatnajökull, et une étude des glaciers d'émersion de Vatnajökull, d'un carotte glaciaire et de registres écrits a dressé un registre volcanique remontant à l'an 1200.²² ²³ À l'été 2010, l'éruption de l'Eyjafjallajökull a répandu une fine couche de tephra sur presque tous les glaciers islandais.²⁴

Les cendres en surface accélèrent aussi la fonte. Une étude de 2020 par Aðalgeirsdóttir et ses collègues montre que la tephra et la poussière présentes sur les surfaces glaciaires augmentent la fonte en abaissant l'albédo.²⁵ Une expérience menée sur Vatnajökull en 2015 a révélé que de fines couches de cendres d'environ 1,5 mm et 8,5 mm d'épaisseur augmentaient considérablement la vitesse à laquelle la surface de la neige s'abaissait, tandis qu'une couche épaisse avait un certain effet isolant.²⁶

De la glace bleue sans entrer dans une grotte

Vous n'avez pas besoin d'une grotte pour voir de la glace bleue en Islande. Warren note que la glace développe une couleur bleue visible dans les crevasses glaciaires et les icebergs.²⁰ À Jökulsárlón, la NASA rapporte que certains icebergs seraient composés d'une glace vieille de plus de 1 000 ans, et que s'ils sont souvent blancs, certains sont d'un bleu électrique.²¹

Une promenade sur un glacier montre la même physique depuis l'extérieur. Du côté du lac de Jökulsárlón, Ice Explorers propose une randonnée glaciaire en été de mai à septembre, quand ses visites de grottes sont terminées, et les crevasses et moulins de telles promenades ouvrent des fenêtres sur la glace.²⁷ Regardez dans n'importe quelle fissure profonde et le bleu apparaît exactement là où la glace est la plus épaisse.

Le tunnel artificiel de Langjökull offre une autre vue. Son opérateur indique 25 mètres de glace au-dessus du tunnel et 200 mètres en dessous.²⁸ C'est un couloir éclairé plus calme qu'une grotte façonnée par l'eau, mais ses parois sont la même vieille neige transformée en glace de glacier.

Pourquoi aucun tour ne peut garantir la couleur

Parce que la couleur dépend de l'épaisseur, de la lumière et de ce qui se trouve dans la glace, elle change d'une grotte à l'autre et d'un jour à l'autre. Les offres de visites du lac disent clairement que la glace d'une grotte peut paraître plus bleue ou plus pâle selon la météo, l'enneigement et la lumière du jour. Une grotte sous une neige fraîche par un matin gris paraîtra plus sombre que la même grotte par une journée ensoleillée avec une couverture légère.

Les grottes elles-mêmes changent aussi. Les grottes glaciaires se forment à l'intérieur de la glace et sont souvent creusées par l'eau qui y coule ou passe en dessous, explique NSIDC, et Ice Explorers indique que ses grottes changent de saison en saison et même au cours d'une même saison.²⁹ ³⁰ Chaque grotte hivernale est située dans une glace différente, avec son épaisseur, ses bulles et ses bandes de cendres.

Alors profitez de la couleur que vous obtenez plutôt que de courir après une vieille photographie. Observez comment le bleu s'approfondit à mesure que vous vous éloignez de l'entrée, le blanc de la neige accumulée à l'intérieur, les lignes noires de cendres, et la glace claire et vitreuse là où le mur de la grotte est fin. Tout cela est la même eau gelée, qui vous dit combien de glacier se trouve entre vous et le ciel.

La grotte de cet hiver

Les grottes de l'hiver prochain auront un autre aspect.

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Vous demandez,nous répondons.

Pourquoi la glace de glacier est-elle bleue ?

Elle absorbe la lumière rouge. Le USGS explique que la glace absorbe la partie rouge de la lumière blanche, tandis que le bleu est transmis et diffusé.¹

Pourquoi un glaçon n'est-il pas bleu ?

Il est trop fin. La longueur d'absorption de la glace pour la lumière rouge est d'environ 2 m, donc l'effet nécessite un trajet long.¹⁴

Pourquoi la neige est-elle blanche si elle est faite de glace ?

La lumière en ressort trop vite. Dans la neige, la lumière réémerge après avoir traversé seulement environ 20 cm de glace.³

Quelles sont les lignes noires dans les grottes de glace ?

Cendre volcanique. NSIDC décrit des cendres volcaniques noires piégées par le glacier dans une grotte de Breiðamerkurjökull.⁵

Combien de temps faut-il pour que la neige devienne de la glace de glacier ?

Des années aux siècles. La neige se transforme en névé après environ un an, et pour la plupart des glaciers la glace de glacier complète prend plus d'un siècle.¹¹ ¹³

La glace de glacier peut-elle paraître verte ?

Parfois. Ice Explorers décrit une glace émeraude; dans la glace marine, la matière organique ou les oxydes de fer peuvent transformer le bleu en vert.¹⁸ ¹⁷

Ma grotte sera-t-elle bleu vif ?

Cela dépend du jour. Les couleurs paraissent plus ou moins bleues selon la météo, l'enneigement et la lumière naturelle.

Sources