Atmosphère… le climat révélé par les glaces

Mesurer l’atmosphère

Les bases polaires constituent des laboratoires de mesure privilégiés. Les expériences qu’on y réalise ne peuvent être menées nulle part ailleurs. Les chercheurs bénéficient d’instruments scientifiques sophistiqués, qu’il est souvent nécessaire d’adapter sur place en raison des conditions climatiques difficiles. Bénéficiant des techniques de la chimie, de la physique, de l’optique, de la dynamique de l’air et de bien d’autres disciplines, les mesures relatives à l’atmosphère et au climat sont variées. Certaines sont effectuées au sol (prélèvements d’air, d’eau ou de glace…), d’autres sont embarquées par des ballons-sondes. Des petits ballons utilisés par les météorologues aux grands ballons stratosphériques, leur taille diffère selon le type de mesure effectué, la durée de vol et l’altitude visée. Les scientifiques procèdent aussi par sondage (radar, lidar…) en fonction des paramètres à étudier. Au-delà, les satellites et la télédétection spatiale permettent de suivre l’évolution des océans, de la banquise, du volume des calottes glaciaires ou de la couche d’ozone. Les informations collectées alimentent des bases de données qui servent ensuite à simuler les phénomènes à l’aide de modèles informatiques.

Lire le climat dans les glaces

La glace des calottes polaires contient des bulles d’air emprisonnées depuis des centaines de milliers d’années. Ces précieux indices permettent de suivre l’évolution de la composition atmosphérique dans le temps. Pour dater la glace, on utilise des marqueurs tels que les aérosols ou des poussières provenant de régions éloignées. C’est aussi possible grâce à l’analyse des propriétés physiques de la glace et l’estimation des quantités d’enneigement. Au nord comme au sud, les sites d’extraction sont implantés au sommet des calottes polaires, là où la glace est la plus épaisse et la plus stable.

En Antarctique, le forage de 3623 m de profondeur à Vostok, fruit d’une collaboration Russie/USA/France, a notamment permis en 1999 d’accéder pour la première fois à des enregistrements couvrant 420 000 ans d’histoire du climat. Le record de la plus vieille archive (800 000 ans) a été obtenu en 2004 grâce au forage réalisé au Dôme C, lors du programme européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antartica).

Moins froid

Plus la glace est profonde, plus elle est tassée, plus elle est ancienne. Mais l’âge des archives obtenues dépend aussi du lieu de forage. En Arctique, la glace est moins vieille qu’en Antarctique, mais la résolution de l’enregistrement est plus fine, permettant même de distinguer les saisons. En 2004, la campagne européenne NGRIP (North Greenland Ice core Project)révèle 125 000 ans d’archives, une époque où le climat du Groenland était moins froid et plus stable.

800 000 ans d’histoire du climat révélés en Antarctique par le projet européen EPICA

6 000 échantillons prélevés entre 1995 et 2004 d’une carotte de 3 200 m de long

Précieuses carottes

Les carottes de glace prélevées sont découpées et précieusement archivées dans des chambres froides loin des régions polaires, pour être analysées. Les chromatographes séparent les gaz qu’elles contiennent, ensuite identifiés par les spectromètres de masse. Les scientifiques déterminent la température à laquelle s’est formée la couche étudiée en mesurant la concentration en deutérium, isotope [1] de l’hydrogène.

Les données collectées enrichissent alors les modèles numériques des climatologues, qui bénéficient depuis 40 ans environ de supercalculateurs très puissants.

Troublantes révélations

Les forages glaciaires aux pôles apportent des indications paléoclimatiques retraçant les variations naturelles du climat passé liées aux cycles glaciaires - interglaciaires. L’analyse montre que durant les 800 000 dernières années, la Terre a subi 8 cycles climatiques, alternance régulière de périodes glaciaires et de périodes plus chaudes, avec un changement brutal du rythme il y a 420 000 ans. Une période interglaciaire intéresse particulièrement les chercheurs, puisqu’elle est analogue - en termes de paramètres atmosphériques et astronomiques - à celle que nous vivons actuellement. Mais à une différence près : la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmosphère terrestre n’a jamais été aussi élevée qu’aujourd’hui.

C’est grâce aux résultats des forages qu’a été confirmé le rôle des gaz à effet de serre dans l’amplification des changements climatiques : lorsque leur concentration augmente, on assiste à un réchauffement de la planète.