DEEPICE : Préparer l'avenir de la glaciologie

Décryptage Océan Atmosphère

Il y a environ 40 ans, en montrant qu’il était possible d’y lire de véritables enregistrements du climat du passé, la climatologie a été révolutionnée par les carottes glaciaires. Fin 2021, commencera en Antarctique l’extraction d’une carotte de glace qui devrait nous permettre de bénéficier d’archives du climat remontant jusqu’à 1,5 millions d’années en arrière ! C’est le projet Beyond Epica - Oldest Ice, qui fait suite au projet Epica, qui avait déjà permis de remonter jusqu’à 800 000 ans sur la carotte de glace Epica Dome C.

Le défi logistique d’un tel forage est de taille. Et eu égard à la valeur scientifique de la future carotte, il se prépare, tout comme l’analyse de la glace ! Comment optimiser l’utilisation de la précieuse glace pour en extraire le maximum d’informations scientifiques ? C’est l’enjeu du projet DEEPICE (Research and training network on understanding deep ice core proxies to infer past antarctic climate dynamics) dont l’originalité est d’être à la fois un projet européen de recherche et de formation de quinze doctorants venant de 9 pays différents.

Nous faisons le point sur ce projet avec l’aide de Marie Kazeroni, manageuse du projet DEEPICE, Amaëlle Landais, chercheuse en glaciologie au Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) et coordinatrice scientifique, ainsi qu’Inès Ollivier, doctorante en sciences du climat à l’Institut de Géophysique de Bergen en Norvège1 recrutée dans le cadre de DEEPICE.

  • 1Inès Ollivier, doctorante en sciences du climat à l’Institut de Géophysique de Bergen en Norvège en collaboration avec l’université de Venise en Italie et le LSCE en France

Préparer les outils d’analyse de la future carotte

Si l’étude de la précédente carotte Epica Dome C a permis d’importantes découvertes scientifiques, elle a aussi pointé la nécessité d’un important travail scientifique et technique à mener en parallèle du forage. Pour assurer la qualité des futurs résultats et optimiser l’analyse de cette glace précieuse, il s’avère indispensable d’améliorer tant les conditions de son stockage que de développer de nouveaux outils d’analyse. Ainsi, de nouveaux instruments analytiques seront développés pour analyser un maximum de traceurs environnementaux et climatiques différents en consommant le minimum de glace possible.  Pour interpréter au mieux les traceurs mesurés dans cette nouvelle carotte de glace, il sera aussi nécessaire de développer des outils de traitement des données, de modélisation de l’écoulement de la glace et du climat ainsi que des études de terrain à la surface du site de forage.

Au travers des doctorants recrutés et des partenariats industriels, le projet rassemble ainsi des expertises en instrumentation, en outils de modélisation et en techniques d’observation sur le terrain. La complémentarité de leurs expertises et savoir-faire permettra de développer l’ensemble des techniques requises pour une analyse et interprétation optimale de la glace ancienne.

L’énigme de la transition du mi-pléistocène

Un des objectifs majeurs des projets DEEPICE et Beyond EPICA est de développer de nouvelles connaissances sur le rôle de l’épaisseur de la calotte glaciaire et des concentrations des gaz à effet de serre sur les dynamiques climatiques passées. En effet, l’extraction de la carotte Beyond-Epica vise à obtenir un enregistrement continu du climat et de l’atmosphère des dernières 1,5 Ma années afin de pouvoir reconstituer la composition de l’air en gaz à effet de serre, notamment en CO2, sur cette période. Cela permettra également d’obtenir des informations sur l’évolution de la calotte Antarctique au cours de cette même période. On espère ainsi comprendre la transition du mi-pléistocène qui s’est produite entre 1.2 Ma et 600 000 ans, durant laquelle il y a eu un changement de périodicité des périodes glaciaires et interglaciaires, passant de cycles de 40 000 ans à des cycles d’environ 100 000 ans.

Dans le cadre du projet DEEPICE, le sujet de thèse d’Inès Ollivier se concentre sur des observations de terrain des isotopes de l’eau sur les sites de forages des projets Beyond Epica et Epica Dome C distants de quelques dizaines de kilomètres sur le plateau Est Antarctique. Son travail permettra d’interpréter au mieux les futures mesures d’isotopes de l’eau dans la carotte de glace Beyond Epica en termes de variations de température du passé et d’effectuer la comparaison avec les informations déjà disponibles avec la carotte Epica Dome C. En observant en parallèle et en continu sur plusieurs années la composition isotopique de la vapeur d’eau, des précipitations et de la neige de surface, il est possible de mieux quantifier les processus isotopiques en jeu liant variations de conditions climatiques en surface et composition isotopique et donc d’affiner la reconstruction climatique issue des mesures d’isotopes de l‘eau dans les carottes de glace. Cette thèse fera appel à des nouvelles techniques analytiques pour mesurer la composition isotopique de la vapeur d’eau à très basse humidité.

DEEPICE, un programme de formation innovant

Le projet DEEPICE vise à former une nouvelle génération de jeunes chercheurs dans le domaine de l’analyse des carottes de glace et du changement climatique. Une quinzaine de doctorants ont donc été recrutés à cette fin.

DEEPICE est un projet de type ITN (Innovative Training Network). Les projets ITN, issus du programme Marie Skłodowska-Curie Actions-Horion 2020, ont pour but de créer des programmes de formation innovants à l’échelle européenne. Dans le cas de DEEPICE, l’ITN permet de développer une dynamique internationale et de financer des projets de thèse qui contribueront directement à optimiser l’analyse et l’interprétation de la future carotte de glace Beyond Epica.

Une particularité de ce projet sont les partenariats avec des acteurs du monde académique et non-académique. Chaque étudiant travaillera avec un partenaire non académique comme les entreprises Air Liquide, Picarro, TOFWERK AG, Schäfter & Kirchhoff, Teledyne CETAC Technologies ou Risk Management Solutions, ce qui permet un échange de bénéfices pour les deux parties. Les industries et entreprises apportent un soutien dans le développement instrumental : par exemple l’entreprise française AP2E développe un instrument qui permet de mesurer la composition isotopique de l’eau à très basse humidité, très adapté à l’Antarctique de l’Est. De leur côté, les étudiants apportent leurs expertises à l’entreprise et sont de potentiels futurs collaborateurs.

Les étudiants seront notamment formés lors de trois écoles thématiques développées dans le cadre de DEEPICE. Une de ces écoles est par ailleurs dédiée à la communication scientifique, et notamment à la communication sur le changement climatique, dans des régions d’importance particulière comme l’Antarctique. La collaboration internationale est aussi une dimension très présente dans ce projet, les doctorants venant de 9 pays différents et étant rattachés à 10 institutions réparties dans 10 pays européens.  C’est ainsi l’occasion pour ces jeunes chercheurs d’élargir leurs horizons, de développer leurs compétences scientifiques et techniques, de développer un réseau professionnel et ainsi maximiser leurs opportunités de carrières.

 

La réunion de lancement du projet DEEPICE aura lieu à la mi-octobre 2021. A la fin du projet, en 2024, une nouvelle génération de jeunes expertes et experts en carotte de glace sera formée, avec des opportunités de carrières variées, à la croisée entre monde académique et non-académique. De nouveaux instruments, outils d'analyse et de modélisation auront été développés, nous permettant de révéler les secrets environnementaux et climatiques de la carotte de glace la plus ancienne jamais forée en Antarctique, pour mieux comprendre le fonctionnement du système climatique et ainsi améliorer les modèles de prévisions de l’évolution du climat.

Un morceau fin et poli de carotte de glace polaire.© Sepp Kipfstuhl, AWI

L’étude des carottes glaciaires, une clé pour comprendre l’évolution du climat

Il y a environ 40 ans, l’étude des carottes glaciaires a révolutionné le monde de la recherche scientifique en glaciologie et en climatologie. Pour la première fois, le lien entre climat et cycle du carbone a été prouvé. Avant cela, les variations de CO2 étaient déjà connues comme pouvant induire des modifications de la température à la surface de la Terre. L’étude des carottes de glace a permis d’obtenir des mesures fiables sur les quantités de gaz à effet de serre grâce aux bulles d’air piégées dans la glace, et ainsi établir des corrélations entre variation de CO2 atmosphérique et évolution du climat.

Lors de sa formation par compression de la neige sous son propre poids en surface de la calotte, la glace emprisonne de petites bulles d’air. Les carottes de glace sont extraites par forage depuis la surface de la calotte de glace. En pratique, on extrait des morceaux cylindriques d’environ 2 m de long et 10 cm de diamètre, que l’on stocke, avant de prélever des échantillons de glace pour les analyser. Les scientifiques spécialisés reconstituent ainsi l'évolution passée de la composition de l'atmosphère en analysant l'air emprisonné dans ces bulles depuis des milliers d’années, en remontant ainsi dans le temps.

Extraite en 2004 en Antarctique, la carotte de glace Epica a permis de remonter jusqu’à 800 000 ans avant aujourd’hui. Elle a montré que le climat est indissociable du cycle du CO2et que le niveau de CO2 actuel n’a jamais été atteint au cours des derniers 800 000 ans. Fin 2021, commencera l’extraction d’une carotte de glace qui devrait nous permettre de remonter jusqu’à 1,5Ma !

À ce jour, le site de forage de la future carotte de glace Beyond Epica - Oldest Ice a déjà été déterminé : il s’agit de Little Dome C, un choix qui ne s’est pas fait au hasard. Il devait dépendre de plusieurs facteurs : avoir un taux d’accumulation suffisamment faible pour accumuler de la glace correspondant à beaucoup d’années sur l’épaisseur de la calotte, mais pas trop faible pour que l’enregistrement soit continu ainsi que présenter une température basale au-dessus de la température de fusion. La carotte devra mesurer 2800m, un mètre couvrant une période de 10000 ans aux profondeurs les plus importantes. Les 1ers résultats de l’analyse de la partie profonde (glace âgée de plus de 800 000 ans) sont attendus en 2025.

Les recherches en Antarctique : continent de glace

Audiodescription

Léa Lahmar

Contact

Amaëlle Landais
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE)
Marie Kazeroni
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE)
Inès Ollivier
Institut de Géophysique de Bergen
Émilie Capron
Institut des géosciences de l'environnement (IGE)