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Se donner les moyens de l'excellence : la recherche polaire française à la veille de l'année polaire internationale

 

2. Les forages en Antarctique

Les forages glaciaires en Antarctique, en permettant de remonter jusqu'à 850 000 ans dans le passé, ont bouleversé les connaissances acquises.

Les carottes de glace permettent de reconstituer :

- La température, par l'utilisation du « thermomètre isotopique », c'est-à-dire des différents atomes présents dans la glace et notamment les variations entre les isotopes 16 et 18 de l'oxygène.

- La composition de l'atmosphère, et tout particulièrement la présence de gaz à effet de serre (méthane et gaz carbonique) par l'analyse des bulles d'air.

- La circulation atmosphérique, par l'analyse des poussières présentes dans les glaces.

- Les variations intersaisonnières par l'analyse de la salinité. La salinité de la glace est divisée par 10 entre l'été et l'hiver car la banquise double alors la surface totale de l'Antarctique et éloigne considérablement la calotte de la mer. Elle permet une datation sur une centaine d'années.

Les scientifiques doivent bien évidemment dater ces couches de glace. Ils le font notamment dans la période récente en se fondant sur les éruptions volcaniques ou les essais nucléaires. Ces événements ayant marqué par leur importance l'ensemble de la planète permettent, lorsqu'ils sont par ailleurs bien connus, de dater avec précision une couche et servent de repère.

C'est le cas des grandes explosions volcaniques du passé : Laki (1783-1784), Krakatoa (1883), Santamaria (1903), Agung (1963), Pinatubo (1991)

Il en est de même des essais nucléaires atmosphériques des années 1940 aux années 1970.

Ces événements, s'ils ne permettent pas une datation éloignée dans le temps, permettent en revanche d'évaluer le taux d'accumulation de la neige et la vitesse d'enfouissement, et ensuite de l'extrapoler pour les périodes plus anciennes au moins au cours de l'Holocène.

La recherche de ces différents éléments est répartie au sein du groupe « Carottes de glace - France » institué en 2005 et qui permet la spécialisation des quatre laboratoires membres :

- LGGE : gaz, poussières, chimie, rhéologie, métaux lourds, datation et géophysique ;

- LSCE : isotopes de l'eau, isotopes des gaz permanents ;

- CEREGE : béryllium-10 ;

- EPOC : krypton-81.

Ces travaux permettent de reconstituer les éléments fondamentaux du climat. L'outil le plus connu est l'abondance relative des isotopes de l'oxygène. Les isotopes sont les formes différentes du même atome en fonction du nombre des neutrons qu'il contient. L'oxygène en a deux principaux : l'oxygène 16 (8 neutrons) et l'oxygène 18 (10 neutrons). Or, leur abondance moyenne dans l'eau, qui est de 99,76 % pour le premier et 0,2 % pour le second, varie en fonction de la température ambiante. C'est ce qu'a montré Willi Dansgaard, à la suite d'un orage à Copenhague le 22 juillet 1952. Plus il fait froid, moins il y a d'oxygène 18. Ce principe fondamental est le même pour les autres isotopes : identification, interprétation de la variation éventuelle par rapport à l'abondance moyenne naturelle.

Ils permettent de plus en plus d'apporter des éléments d'explication des évolutions climatiques. Le béryllium 10 doit permettre de reconstituer les variations de l'insolation que l'on suppose être à l'origine des variations naturelles du climat. Le soufre 33 va, quant à lui, permettre de répondre à la question de l'influence des grandes éruptions volcaniques (LGGE-Université de San Diego, Science, 5 janvier 2007).


· Les résultats de la carotte de Vostok

Les résultats fournis par la carotte de Vostok ont permis une avancée spectaculaire de la science. Ils ont été obtenus pour l'essentiel par des équipes françaises du Laboratoire de glaciologie et de géophysique de l'environnement (LGGE) emmenées par Claude Lorius, et du Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE-CEA) emmenées par Jean Jouzel, en coopération avec les scientifiques russes et américains.

Ils ont pu reconstituer les 420 000 dernières années du climat de la Terre.

Du point de vue de l'histoire climatique tout d'abord, ce n'est qu'au début du 19e siècle, au moment où le Suisse Louis Agassiz émet l'hypothèse que les moraines ne sont pas des restes du déluge mais les témoins d'avancées de reculs glaciaires successifs, que l'idée d'une succession de glaciations et de périodes plus clémentes s'impose.

Jusqu'à la publication des résultats d'exploitation de la carotte de Vostok, la communauté scientifique croyait encore à l'existence de quatre glaciations seulement, dénommées par Albrecht Penck du nom des affluents allemands du Danube : 400 à - 320 000 ans Gunz, 300 à - 240 000 ans Mindel, 230 à - 140 000 ans Riß, 120 à - 15 000 ans Würm).

En fait, depuis 1,8 million d'années et le début du quaternaire, ce sont 20 glaciations qui se sont succédé.

Les carottes de glace en Antarctique ont permis de prouver la véracité de la théorie émise par le mathématicien serbe Milutin Milankovitch, en 1924, qui expliquait les variations climatiques par les variations de position de la Terre par rapport au Soleil au cours de l'histoire selon différents cycles :

- l'excentricité (degré d'aplatissement de l'ellipse de la trajectoire de la Terre par rapport au Soleil). Elle varie de 0 % - orbite circulaire - à 6 %. Elle est aujourd'hui de 1,7 %, ce qui veut dire que la Terre est plus proche du Soleil en décembre qu'en juillet. Elle varie selon deux cycles de 400 000 et 100 000 ans ;

- l'obliquité (degré d'inclinaison de l'axe Nord-Sud de la Terre par rapport au plan de son orbite). Elle varie sur une fourchette de 2° et selon un cycle de 41 000 ans. Elle est comprise entre 22° et 25°. Elle est de 23°27', ce qui correspond à une moindre différence entre les saisons ;

- la précession des équinoxes (phénomène qui désigne le déplacement du jour où l'équinoxe se produit sur l'orbite de la Terre). Elle signifie que d'une année sur l'autre la Terre n'est pas au même endroit de son trajet annuel autour du Soleil. Elle provoque une variation de l'insolation saisonnière pouvant atteindre 20 %. Elle suit deux périodicités de 19 000 et 23 000 ans9(*).

Le forçage astronomique a été dans le passé la cause principale des changements climatiques, car quatre cycles réguliers de glaciation ont été mis en évidence.

Cependant, la théorie de Milankovitch laisse en suspens plusieurs grandes questions :

- le passage de cycles de 100 000 ans à des cycles de 40 000 ans au-delà de 800 000 ans,

- la transition très forte qui a eu lieu, il y a 400 000 ans environ, sans modification majeure de l'insolation,

- la quasi-absence de glaciation dans l'hémisphère Nord, avant 1,8 million d'années.

Les résultats de Vostok ont également démontré le lien extrêmement fort entre la température et deux gaz à effet de serre : le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4) et donc leur rôle essentiel dans l'amplification des évolutions climatiques.

Enfin, ils ont montré que les concentrations actuelles étaient supérieures à celles connues depuis 420 000 ans, mettant en lumière l'impact de l'action de l'homme.


· Les résultats de la carotte d'EPICA

Les Européens, et plus particulièrement les Français et les Italiens, sont parvenus à extraire les glaces les plus anciennes du monde du Dôme C dans le cadre du programme EPICA (European Project for Ice Coring in Antartica).

Le projet a débuté en 1995 et comprenait deux sites : Dôme C (123° est pour 75°06' sud) et Kohnen (00°04' est et 75°00' sud). Ce sont les archives de 850 000 ans de climat qui ont été extraites de la glace, soit plus de deux fois mieux que ce qui a été obtenu à Vostok et au Dôme Fuji en 2003 (350 000 ans).

Ainsi, durant les 850 000 dernières années la terre a connu huit cycles climatiques, alternances de périodes glaciaires et de périodes chaudes dites interglaciaires.

Les résultats de Concordia ont largement conforté les résultats de Vostok :

- parfaite cohérence des données,

- confirmation du rôle déterminant du forçage astronomique,

- confirmation du rôle d'amplification des gaz à effet de serre et de leur corrélation avec la température,

- confirmation que les concentrations actuelles sont les plus importantes jamais connues, même si dans le passé un climat aussi chaud a pu exister de manière naturelle.

* 9 Cf. M. Jean Jouzel et Mme Anne Debroise, Le climat : jeu dangereux, Paris, Dunod, collection Quai des sciences, 2004, 212 pages.