vignette|alt=Histogrammes rouge et bleu et courbe oscillant autour de l'équilibre jusqu'en 1985, puis plongeant vers le bas.|Bilan de masse du glacier de la Silvretta. En bleu clair : bilan hivernal (accumulation). En rouge : bilan estival (ablation). La courbe bleue correspond au bilan total de masse du glacier. La perte est telle que la courbe disparait du diagramme à partir de 2003. La valeur atteinte en 2020 est de -23,7 mètres. Le bilan de masse d'un glacier est la différence entre la masse gagnée, dite accumulation, et la masse perdue par disparition de la neige ou de la glace, dite ablation.
Le gain ou la perte de masse totale d'un glacier, d'une calotte glaciaire ou d'un inlandsis au cours d'un cycle hydrologique est appelé bilan de masse total. Le bilan de masse spécifique est la variation de masse sur une période de temps déterminée, spécifique à une zone délimitée du glacier. Le plus souvent, le bilan massique total est déterminé par intégration des différentes données de bilan de masse spécifique réparties sur la zone glaciaire. En divisant le bilan de masse total par la superficie du glacier, on obtient le bilan de masse spécifique moyen, qui permet de comparer le comportement de différents glaciers. Il s'agit de la quantité la plus largement publiée, généralement exprimée en millimètres ou en mètres d'équivalent eau par an ; elle peut être considérée comme la variation moyenne de l'épaisseur de la glace. Elle est aussi souvent abrégée en bilan massique annuel.
Enfin d'autres mesures, plus simples à calculer, se concentrent uniquement sur la partie supérieure des glaciers et calottes glaciaires : il s'agit alors du bilan de masse de surface (BMS). Si le bilan de masse est positif sur plusieurs années, le front du glacier avance, s'il est négatif, il recule.
La plus grande partie de l'accumulation provient des chutes de neige, influencées par le vent et les avalanches. La plus grande perte de masse dans la plupart des glaciers est causée par la fonte de la neige, du névé ou de la glace à la surface. Mais d'autres processus peuvent également être importants : le vêlage a un rôle significatif sur les plates-formes de glace et les glaciers au contact de la mer ; les glaciers suspendus abrupts perdent beaucoup de masse à cause des avalanches, et dans les zones sèches la sublimation de la neige soufflée est un facteur non négligeable.
Il existe différentes méthodes pour déterminer le bilan de masse d'un glacier. La méthode la plus ancienne et encore fondamentale est la méthode dite glaciologique. Celle-ci mesure le changement de niveau de surface en différents points répartis sur le glacier. À partir de là, le bilan de masse spécifique à ce point est déterminé en estimant la densité du névé ou de la glace près de la surface. Connaître la masse totale d'un glacier n'est pas nécessaire pour déterminer son bilan de masse, et elle n'est souvent pas connue exactement.
Objectifs L'objectif de la détermination du bilan de masse des glaciers a toujours été de mieux comprendre et prédire le comportement des glaciers, en particulier en ce qui concerne les catastrophes induites par les glaciers telles que les débordements des lacs glaciaires . De plus, le développement du bilan de masse d'un glacier est généralement une réaction très souvent immédiate à un changement climatique. Par conséquent, une motivation importante de la détermination détaillée des bilans de masse est d'établir le lien entre le climat et les changements induits sur les glaciers pour mieux le comprendre. D'une part, cela permet de tirer des conclusions sur l'évolution du climat à partir du comportement historique des glaciers, d’autre part cela permet une représentation plus précise du comportement des glaciers dans les modèles climatiques. L'aspect hydrologique est également important, aussi bien au niveau régional en ce qui concerne l'approvisionnement futur en eau potable, qu'au niveau mondial dans la prévision de l'élévation attendue du niveau de la mer, en particulier avec la part respective des contributions des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique et celle des autres glaciers, et la rapidité de ces évolutions.
Définitions vignette|Courbe d'un bilan net résultant de la différence entre ses deux composantes : accumulation et ablation (présentée ici sous forme d'un chiffre positif). Ici, le bilan annuel est à l'équilibre. Accumulation Les différents processus par lesquels un glacier peut gagner de la masse sont désignés sous le nom d'accumulation. Les chutes de neige sont la forme d'accumulation la plus évidente. Les avalanches, en particulier dans les environnements montagneux escarpés, peuvent également ajouter de la masse à un glacier. D'autres apports comprennent le dépôt de la neige soufflée par le vent ; la congélation de l'eau liquide, y compris l'eau de pluie et l'eau de fonte ; le dépôt de givre sous diverses formes ; et l'expansion d'une zone de glace flottante par la congélation de glace supplémentaire. Les chutes de neige sont la forme prédominante d'accumulation, mais dans des situations spécifiques, d'autres processus peuvent être plus importants ; par exemple, les avalanches peuvent être beaucoup plus importantes que les chutes de neige dans les petits cirques.
L'accumulation peut être mesurée en un seul point sur le glacier, ou pour n'importe quelle zone du glacier. Elle est mesurée en mètres, rapportée à son équivalent en eau : une accumulation d'un mètre signifie que la masse de glace supplémentaire pour cette zone, si elle se transformait en eau, augmenterait la profondeur du glacier d'un mètre. Elle peut aussi être exprimée en masse globale, ou comme épaisseur de glace représentée par cette masse.
Ablation L'ablation est l'inverse de l'accumulation : elle regroupe l'ensemble des processus par lesquels un glacier peut perdre de la masse. Le principal processus d'ablation pour la plupart des glaciers entièrement terrestres est la fonte ; la chaleur qui provoque la fonte peut provenir de la lumière du soleil, de l'air ambiant, de la pluie tombant sur le glacier ou de la chaleur géothermique sous le lit du glacier. La sublimation de la glace en vapeur est un mécanisme d'ablation important pour les glaciers dans les environnements arides, à haute altitude et dans les environnements très froids, et peut expliquer toute la perte de glace de surface dans certains cas, comme le glacier Taylor dans les montagnes trans-antarctiques. La sublimation consomme beaucoup d'énergie, par rapport à la fusion, de sorte que des niveaux élevés de sublimation ont pour effet de réduire l'ablation globale.
La neige peut également être érodée des glaciers par le vent, et les avalanches peuvent enlever la neige et la glace ; ceux-ci peuvent être importants dans certains glaciers. Le vêlage, dans lequel la glace se détache du bord d'un glacier côtoyant l'eau, pour former des icebergs, est un mode d'ablation significatif pour de nombreux glaciers.
Comme pour l'accumulation, l'ablation peut être mesurée en un seul point sur le glacier, ou pour n'importe quelle zone du glacier, et les unités sont exprimées en mètres.
Bilan de masse Le bilan de masse d'un glacier est la variation nette de sa masse sur une année d'équilibre ou une année fixe. Si l'accumulation dépasse l'ablation pour une année donnée, le bilan de masse est positif ; si l'inverse est vrai, le bilan de masse est négatif. Ces termes peuvent être appliqués à un point particulier du glacier pour donner le « bilan de masse spécifique » pour ce point ; ou à l'ensemble du glacier ou à toute zone de taille intermédiaire.
Pour de nombreux glaciers, l'accumulation est concentrée en hiver et l'ablation en été ; ceux-ci sont appelés glaciers d'« accumulation hivernale ». Pour certains glaciers, le climat local entraîne une accumulation et une ablation qui se produisent toutes deux au cours de la même saison. Ceux-ci sont connus sous le nom de glaciers « d'accumulation estivale » ; on en trouve des exemples dans l'Himalaya et au Tibet. Dans ce cas, les couches annuelles de neige qui facilitent le suivi des glaciers d'accumulation hivernale par la méthode stratigraphique ne sont pas utilisables, et un suivi à date fixe est préférable.
Le bilan de masse spécifique (à chacun de ses points) est exprimé en volume équivalent en eau par an.
Bilan de masse de surface La notion est proche de la précédente, mais se limite au bilan des ablation et accumulation sur la face supérieure du glacier, et donc dues aux contacts avec l'atmosphère. Il tient ainsi compte des précipitations de pluie et de neige qui se sont accumulées sur les surfaces supérieures des glaciers et calottes glaciaires et des pertes dues à la fonte, au ruissellement et à l'évaporation éventuelle. Pour la NASA, elle n'inclut pas la glace perdue sur la partie inférieure en raison du vêlage et de l'amincissement résultant du contact avec les eaux chaudes de l'océan, ni du contact avec le sol. Certaines mesures prennent toutefois en compte la partie supérieure du vêlage.
Ligne d'équilibre vignette|alt=Schéma de la ligne d'équilibre.|En bleu la zone d'accumulation, en rose celle d'ablation. La limite entre les deux constitue la ligne d'équilibre (ELA). Pour les glaciers d'accumulation hivernale, le bilan de masse spécifique est généralement positif pour la partie supérieure du glacier - en d'autres termes, la zone d'accumulation du glacier est la partie supérieure de sa surface. La ligne séparant la zone d'accumulation de la zone d'ablation - la partie inférieure du glacier - est appelée ligne d'équilibre ; c'est la ligne où le solde net spécifique est égal à zéro. L'altitude de la ligne d'équilibre, abrégée en ELA, est un indicateur clé de la santé du glacier; et comme l'ELA est généralement plus facile à mesurer que le bilan de masse global du glacier, elle est souvent considérée comme une approximation du bilan de masse.
Taux, flux massique et année d'équilibre vignette|gauche|Crevasse dans le glacier d'Easton des North Cascades en Amérique du Nord, mettant en évidence l'accumulation par strates des différentes années de neige. Les glaciers accumulent généralement de la masse pendant une partie de l'année et en perdent de la masse le reste de l'année ; ce sont respectivement la « saison d'accumulation » et la « saison d'ablation ». Cette définition signifie que le taux d'accumulation est supérieur au taux d'ablation pendant la saison d'accumulation, et inversement pendant la saison d'ablation. Une « année d'équilibre » est définie comme le temps entre deux minima consécutifs dans la masse des glaciers, allant du début d'une saison d'accumulation au début de la suivante. La surface de neige à ces minima, où la neige recommence à s'accumuler au début de chaque saison d'accumulation, est identifiable dans la stratigraphie de la neige, de sorte que l'utilisation des années d'équilibre pour mesurer le bilan de masse des glaciers est connue sous le nom de méthode stratigraphique. L'une des alternatives consiste à utiliser une date calendaire fixe, mais cela nécessite une visite sur le terrain du glacier chaque année à cette date, et il n'est donc pas toujours possible de respecter strictement les dates exactes pour la méthode de l'année fixe.
Symboles Les variables standard les plus fréquemment utilisées dans la recherche sur le bilan massique sont : a - ablation c - accumulation b – bilan de masse (c + a) ρ – densité h – épaisseur du glacier S – aire d'une zone V - volume AAR - rapport de zone d'accumulation (ratio entre l'aire de la zone d'accumulation et l'aire totale du glacier) ELA - altitude de la ligne d'équilibre.
Par défaut, un terme en minuscule fait référence à la valeur en un point précis de la surface du glacier ; un terme en majuscule fait référence à la valeur sur l'ensemble du glacier.
Gradient de bilan de masse