Retracer l'histoire du climat des 1,5 million d'années passées à l'aide de la glace accumulée en Antarctique
Publié par Isabelle le 19/04/2019 à 14:00
Source: CNRS-INSU
Dans le cadre d'un grand projet de l'Union européenne, des experts de 14 institutions de dix pays européens ont passé trois ans à scruter la glace antarctique, à la recherche du site idéal pour étudier l'histoire climatique des 1,5 million d'années écoulées. Le consortium Beyond EPICA - Oldest Ice, coordonné par Olaf Eisen de l'Alfred Wegener (Alfred Wegener (1er novembre 1880, Berlin — novembre 1930, Groenland) est un astronome et météorologue allemand, principalement connu pour sa théorie de la dérive des continents publiée en 1915.) institute du Helmholtz centre for polar and marine research (AWI) à Bremerhaven et dans lequel sont fortement impliqués plusieurs scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) des Géosciences de l'Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) (IGE/OSUG, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / IRD / UGA / Grenoble INP), a présenté ses conclusions lors de l'Assemblée générale de l'Union européenne des géosciences (EGU) qui s'est tenue à Vienne du 7 au 12 avril.


Little Dome C en 2017-2018. Ce camp a servi de base de départ pour la prospection géophysique à l'aide d'un radar de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) tiré par un véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) à chenilles dont on peut voir les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet...). © Beyond EPICA, Pilote du twin otter PNRA

Dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) européen EPICA (European project for ice coring in Antarctica), de 1996 à décembre 2004, des chercheurs ont foré jusqu'à 3270 mètres de profondeur dans la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de l'océan Austral (ou océan...) à l'emplacement actuel de la station Concordia. À l'aide d'analyses détaillées des carottes de glace obtenues, ils ont pu reconstituer de façon fiable l'histoire climatique des 800 000 dernières années. "À cette époque, il y avait des périodes alternées: de longues périodes glaciaires et des périodes interglaciaires plus courtes, avec un cycle glaciaire-interglaciaire d'environ cent mille ans", explique Catherine Ritz, chercheuse CNRS à l'IGE et coordinatrice des tâches de prospection géophysique dans le projet Beyond EPICA. Grâce aux minuscules bulles piégées dans la glace et contenant de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) de l'époque où la glace s'est formée, les climatologues ont pu mesurer les concentrations des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système...) importants que sont le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et...) et le méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des organismes vivants. Il...). Ils ont ainsi pu trouver des liens clairs: lorsque le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui désigne...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) était froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), il y avait beaucoup moins de dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) et de méthane dans l'air que pendant les périodes plus chaudes.

Malheureusement, les experts n'ont pas encore de carottes de glace permettant de mesurer la composition de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) pour les centaines de milliers d'années antérieures à 800 000 ans. Or c'est précisément à cette époque que le rythme des alternances entre périodes froides et chaudes a changé considérablement. Selon Frédéric Parrenin, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de...) CNRS à l'IGE: "Il y a plus de 1,2 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui...) d'années, les cycles ne duraient qu'environ 40 000 ans et étaient déclenchés par des changements réguliers de l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de l'axe terrestre. Il y a eu ensuite une période de transition d'environ 300 000 ans, avant que ne commence le rythme des cent mille ans, il y a environ 900 000 ans."

Les climatologues connaissent bien cette évolution climatique grâce à l'étude des sédiments qui se sont accumulés au fond de l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en...) au cours des millénaires. Ces analyses donnent un aperçu des températures passées et des masses de calottes glaciaires qui recouvraient l'Antarctique, le Groenland (Le Groenland (prononcez /gʁɔɛn.lɑ̃d/, écrit Groënland dans la graphie française d'avant 1850, Grønland en danois (« terre verte »),...) et, pendant un certain temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), l'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de l'Afrique par...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) du Nord. En revanche, mesurer l'air des bulles emprisonnées dans la glace est la seule façon pour eux de recueillir des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) directes sur les concentrations atmosphériques du dioxyde de carbone et du méthane et leurs liens avec l'évolution du climat.

"Par conséquent, après avoir recueilli les échantillons EPICA vieux de 800 000 ans, il y a de très bonnes raisons de forer dans de la glace vieille d'au moins 1,5 million d'années", explique F. Parrenin. Cela permettrait aux chercheurs d'évaluer non seulement les conditions climatiques pendant la "transition du milieu du Pléistocène", mais aussi le rythme de 40 000 ans qui l'a précédée. Comme le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières....) des molécules emprisonnées dans la glace tend à se détériorer quelque peu au cours du temps, ce qui peut biaiser les analyses, les experts recherchent de la glace à relativement haute résolution, c'est-à-dire de la glace dans laquelle une carotte (La carotte (Daucus carota) est une plante bisannuelle de la famille des apiacées (anciennement ombellifères), largement cultivée pour sa racine pivotante...) de glace d'un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la...) de long contiendrait dix mille ans d'histoire climatique, et pour laquelle la détérioration due au vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant progressivement l'aptitude d'un objet, d'une information ou d'un organisme à assurer ses...) serait moins sévère.

C'est dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) que, au cours des trois dernières années, les chercheurs du projet Beyond EPICA de dix pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste...) européens - soutenus par leurs pairs australiens, américains, japonais et russes - ont cherché dans l'Antarctique des glaces qui répondent à ces critères d'âge et de résolution. Pour analyser les couches de glace sous la surface, ils ont utilisé des radars embarqués lors de vols au-dessus de l'Antarctique ainsi que des radars de surface. Ils ont également testé directement ces couches en prélevant de la glace à des profondeurs pouvant atteindre 400 mètres.

Leurs constatations leur ont permis de tirer des conclusions sur les caractéristiques des couches plus profondes et donc plus anciennes. Ce faisant, le site "Little Dome C" s'est progressivement imposé comme le meilleur candidat car, en ce lieu, la glace:
- a au moins 1,5 million d'années ;
- offre une bonne résolution même dans ses parties les plus anciennes ;
- ne fond pas à la base, malgré le flux de chaleur (Le flux de chaleur est une transmission de chaleur (ou énergie thermique) à travers un corps. Le flux de chaleur s'exprime en W/m2.) venant de la Terre et l'effet isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants thermiques, les isolants phoniques et les isolants...) créé par l'épaisse couche de glace.

Si l'Union européenne approuve la deuxième phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de Beyond EPICA, une équipe d'experts coordonnée par Carlo Barbante de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Venise, et incluant des scientifiques de plusieurs laboratoires français, établira un camp à Little Dome C où elle vivra dans des caravanes pendant le forage. L'objectif est de recueillir des carottes de glace d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi...) de dix centimètres à partir de la mi-novembre 2021. Pendant trois étés antarctiques, les forages se poursuivront de la mi-novembre au début de février, jusqu'à une profondeur de 2730 mètres (en 2024), où la glace devrait avoir au moins 1,5 million d'années. En 2025, les premières données issues des analyses de carottes glaciaires devraient être disponibles, ce qui permettra à l'équipe internationale de chercheurs d'explorer les liens entre les gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le plaisir...) atmosphériques et le climat pendant la "transition au milieu du pléistocène" et les époques antérieures.

"Little Dome C"

Ce site est l'un des endroits les plus froids, les plus stériles et les plus dénudés de la Terre. Il est à quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :) en véhicule à chenilles (environ 30 kilomètres) de la station antarctique Concordia, exploitée conjointement par la France (Institut polaire français) et l'Italie (ENEA) et située dans la région Wilkes Land à 3 233 mètres d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.). Les chercheurs n'y voient presque jamais de précipitations et la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle...) annuelle moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient...) est de - 54,5 °C ; les températures dépassent rarement - 25 °C en été et peuvent descendre en dessous de - 80 °C en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.).

Note:
Les laboratoires impliqués sont l'Institut des Géosciences de l'Environnement (IGE/OSUG, CNRS / IRD / UGA / Grenoble INP), le Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE/IPSL, CNRS / CEA / UVSQ) et le Centre européen de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) et d'enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une pratique d'éducation visant à développer les connaissances d'un élève par le biais de...) de géosciences de l'environnement (CEREGE/PYTHÉAS, CNRS / AMU / IRD / Collège (Un collège peut désigner un groupe de personnes partageant une même caractéristique ou un établissement d'enseignement.) de France). L'Institut polaire français Paul Émile Victor et son homologue italien l'ENEA (Ente per le nuove tecnologie, l'energia e l'ambiente) sont partenaires du projet, en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) de la logistique (La logistique est l'activité qui a pour objet de gérer les flux physiques d'une organisation, mettant ainsi à disposition des ressources correspondant aux besoins, aux conditions économiques et pour une...).


Contact chercheuse:
- Catherine Ritz, IGE
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