Mitigating Arctic Shipping Risks Through Improved Prediction of Conditions Leading to Besetments in Pressured Ice in the Hudson Strait

Climate change has led to decreased sea ice extent, thus increasing maritime access in the Canadian Arctic. This has led to increased economic opportunities related to Arctic natural resource development. Ice-breaking ships service operational mines in the eastern Canadian Arctic region year-round. The most significant challenge facing these vessels is ‘ice under pressure’, which is very difficult to detect, observe, or predict. Ship captains are often unaware of these ice conditions until their vessels become beset (i.e. stuck). The aim of this study is to work in direct partnership with the National Research Council and a national Arctic shipping operator (Fednav) to improve understanding of the factors leading to ship besetment in pressured ice. This will be done through a case study in the Hudson Strait, Canada. Vessels in the Hudson Strait are on average best for 40% of their total voyage time. Ship besetment can create costly delays (up to 60K per day), can impact communities, and can pose significant risk of spills and environmental degradation due to additional fuel consumption and potential for shore strikes and groundings as vessels move with the ice pack.

To improve information provided to ships on ice conditions, and thereby lessen the risk of besetment, this study will investigate the use of a pressured ice model as a downscaling tool to provide information at the small scales required for shipping. Novel experiments will be carried out comparing cases when a ship has and has not become beset when transiting through Hudson Strait with a range of atmospheric forcing and ice initialization procedures. This will allow better understanding of meteorological and ice conditions leading to besetment.

Evaluation of the pressured ice model will allow for safer and more reliable shipping not only in Hudson Strait, but also in other regions where year-round shipping is planned. This project is aligned with the objectives of the World Meteorological associations’ ‘Year of Polar Prediction’. Students trained through this project will be exposed to both traditional and experiential learning, through participation in ship transits.

Atténuer les risques associés au transport maritime dans l’Arctique en améliorant la prévision des conditions menant à l’immobilisation des navires dans la glace sous pression du détroit d’Hudson 

Les changements climatiques ont entraîné une diminution de l’étendue des glaces marines et, par conséquent, une augmentation du trafic maritime dans l’Arctique canadien. Cette situation s’est à son tour traduite par une hausse des possibilités économiques liées à l’exploitation des ressources naturelles dans l’Arctique. Toute l’année, des brise-glaces assurent la desserte de mines en exploitation dans l’est de l’Arctique canadien. Or, ces navires se heurtent à un défi de taille : la glace sous pression – un phénomène très difficile à détecter, à observer ou à prévoir. Souvent, les capitaines ne sont pas au courant de ces conditions de glace jusqu’au moment où leur navire se retrouve coincé par les glaces. Notre projet consistera à travailler en étroite collaboration avec le Conseil national de recherches Canada et une entreprise canadienne de transport maritime (Fednav) afin d’améliorer notre compréhension des facteurs menant à l’immobilisation des navires dans la glace sous pression. Pour ce faire, nous mènerons une étude de cas dans le détroit d’Hudson, au Canada. Dans 40 % des cas, en moyenne, les navires qui naviguent dans le détroit d’Hudson le font dans des conditions optimales pendant toute la durée du voyage. L’immobilisation des navires dans la glace sous pression peut entraîner des retards coûteux (jusqu’à 60 000 $ par jour), nuire aux collectivités et comporter d’importants risques de déversement et de dégradation de l’environnement en raison de la consommation supplémentaire de carburant et des risques de heurt avec la rive et d’échouement, alors que les navires sont entraînés par la banquise. 

Afin de mieux informer les navires des conditions de glace et de réduire ainsi le risque d’immobilisation dans la glace, nous nous pencherons sur l’utilisation d’un modèle de la glace sous pression comme outil de simulation à échelle réduite afin d’obtenir des renseignements à petite échelle nécessaires à la navigation. Au moyen de diverses procédures en matière de forçage atmosphérique et d’initialisation de la glace de mer, nous procéderons à des expériences innovatrices visant à comparer des situations où un navire naviguant dans le détroit d’Hudson se retrouve ou non coincé dans la glace. Nous pourrons ainsi déterminer avec plus d’exactitude les conditions météorologiques et les conditions de glace menant à l’immobilisation des navires. 

L’évaluation de l’utilisation du modèle de la glace sous pression permettra d’améliorer la sécurité et la fiabilité de la navigation maritime non seulement dans le détroit d’Hudson, mais aussi dans d’autres régions où l’on prévoit un trafic maritime toute l’année. Notre projet respecte les objectifs de la campagne de l’Année de la prévision polaire lancée par l’Organisation météorologique mondiale. Les étudiantes et étudiants qui recevront une formation à bord des navires dans le cadre de ce projet bénéficieront à la fois d’un apprentissage traditionnel et expérientiel.