CLIMAT, une enquête aux pôles

Pourquoi se rendre aux pôles pour y étudier le climat ?
Comment les recherches s’y organisent-elles ?
Quels sont les domaines scientifiques concernés ?
Comment vit-on aux pôles ?

Autant de questions auxquelles cette animation donne des éléments de réponse, de façon vivante et ludique,
à travers de nombreux films, photos, interviews et textes.

Voir l'animation
Climat, une enquête aux pôles

Les archives du climat

La paléoclimatologie

Qu'est-ce que la paléoclimatologie ?

La paléoclimatologie est la science qui étudie le climat du passé, sur des milliers ou millions d'années. Ce domaine scientifique tente de reconstituer les conditions climatiques qui régnaient à la surface de notre planète dans le passé, avant que les activités humaines ne perturbent la composition chimique de l’atmosphère, et d’expliquer et comprendre la variabilité climatique naturelle. Depuis les années soixante, la paléoclimatologie a connu une véritable révolution, notamment par l’introduction des méthodes géochimiques pour reconstituer quantitativement certains paramètres physiques des paléoclimats. Cela est vrai en particulier pour l’étude des variations du rapport 18O/16O dans les carbonates et les glaces polaires.

Cette science relève de la géologie et de la géochimie, mais fait également appel à des disciplines aussi variées que la zoologie, la botanique, la biogéographie, la pédologie, l’analyse statistique et la météorologie dynamique. Les paléoclimatologues explorent ce qui, dans l'environnement, garde en mémoire des indices climatiques : les récifs coralliens, les calottes glaciaires, les sédiments marins ou les spéléothèmes (dans une grotte, les spéléothèmes sont des dépôts minéraux précipités).

Actuellement, le climat mondial global se situe dans une période interglaciaire, c’est-à-dire caractérisée par des calottes de glace peu développées, par opposition aux périodes glaciaires.

La paléoclimatologie aux pôles

Les glaces des pôles jouent un rôle important dans la dynamique du climat mondial en interagissant avec l’atmosphère et les océans. Acteurs du climat, elles sont aussi témoins de son évolution. Le changement climatique est devenu une préoccupation scientifique et politique majeure, mais peu nombreux sont ceux qui mesurent à quel point la recherche menée aux pôles a contribué et va contribuer dans les prochaines années à le comprendre, le prévoir et peut-être le prévenir. Trois grands domaines sont concernés : les forages (dans la glace et les sédiments), l'océanographie et la dynamique des grandes zones englacées.

Les forages dans la glace

C'est dans les années 1950 qu'apparaît la science de l'analyse des glaces. Le scientifique français Claude Lorius raconte qu'il a eu l'intuition d'analyser les bulles d'air contenues dans la glace en regardant fondre dans un verre de whisky un glaçon prélevé dans de la glace de forage !

Le premier forage profond (900 m) en Antarctique a été effectué par les Français sur Dôme C en 1978, les premiers travaux de glaciologie y avaient débuté en 1974. Les grands inlandsis de glace du Groenland et de l'Antarctique ont la propriété extraordinaire de constituer des archives climatiques.

Dans les régions polaires, la neige qui tombe s'accumule, ne fond pas, et se transforme progressivement en glace en raison de la température en permanence négative et du poids croissant qui s’exerce sur elle suite à cette accumulation. Elle devient de plus en plus dense. Lors de ce processus, elle emprisonne définitivement de l’air (sous forme de bulles) et des poussières. Ainsi, sous forme de couches successives, se trouvent scellées des informations précieuses sur le climat. Aujourd'hui, grâce à la technologie, on peut forer cette glace et en retirer les fameuses carottes qui seront découpées. L’âge de chacun des morceaux de carottes sera ensuite déterminé.

Étude de la température

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 (8 neutrons) et 18 (10 neutrons) de l'oxygène. On dit que deux atomes sont des isotopes lorsqu’ils ont le même nombre de protons, mais un nombre de neutrons différent. Le principe est que plus il fait froid, plus la teneur de l'eau (et donc de la glace) en isotopes « lourds » (comme l'oxygène 18 ou le deutérium) est faible.

Étude de la composition de l'atmosphère

Les carottes de glace permettent de reconstituer 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 emprisonnées depuis des centaines de milliers d'années. À l'écart du reste du monde, vierges de toute activité industrielle, les pôles sont paradoxalement des lieux idéaux pour mesurer l'état de pollution – actuelle et passée – de la Terre.

Les gaz à effet de serre sont brassés autour de la planète en à peu près un an. Cela veut dire que peu importe où l'on habite sur Terre, dans 10 ans, dans 20 ans, si les gaz à effet de serre continuent à augmenter, la température va se réchauffer et les conséquences seront visibles partout.

Étude de la circulation atmosphérique

Les carottes de glace permettent de reconstituer la circulation atmosphérique, par l'analyse des poussières et des composés chimiques présents dans les glaces. Par le jeu des vents et des précipitations, la glace contient aussi des traces de pollution survenues à des milliers de kilomètres : gaz à effet de serre, métaux lourds, poussières d'éruptions volcaniques, particules radioactives émises lors des essais nucléaires.

Étude des variations intersaisonnières

Les carottes de glace permettent de reconstituer les variations intersaisonnières, par l'analyse de la salinité. En Antarctique, 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. La salinité permet une datation sur une centaine d'années.

La glace est stratifiée entre couches d'hiver et couches d'été. L'été, les couches sont moins denses car les grains sont plus gros, en raison d'une température moins basse. La couche d'hiver est plus dense et parfois formée en croûte, en raison du vent. On peut donc repérer l’alternance saisonnière des couches et faire un comptage annuel grâce à plusieurs caractéristiques de la glace.

Calotte glaciaire et histoire climatique

En forant à grande profondeur la calotte glaciaire et en étudiant ainsi des glaces de plus en plus anciennes, il devient possible de reconstituer les climats du passé. La datation de la glace se fait principalement par comptage des couches et identification d'événements bien datés par ailleurs (comme les éruptions volcaniques ou les essais nucléaires). Ces techniques ne couvrent cependant qu’une partie de la carotte de glace ; aussi, les modélisations d’écoulement de la glace restent-elles le principal outil utilisé pour établir la chronologie sur le reste de la carotte.

L’accumulation des glaces aux pôles devient donc un marqueur temporel et les impuretés que la glace contient permettent d’écrire l’histoire climatique de notre planète. Ce travail, dit de paléoclimatologie, ne s'arrête pas là : les données sont utilisées pour tester les modèles numériques, seuls outils disponibles pour prévoir le climat futur.

Les carottages dans les sédiments

Les carottes de sédiments permettent l’étude de la composition des différentes couches de sédiments accumulées au fil du temps au fond des océans. Les carottes de sédiments marins peuvent être datées par carbone 14 pour les 20 à 30 derniers mille ans et par diverses autres méthodes pour les périodes plus anciennes. On peut y trouver des micro-organismes fossiles composés de carbonate de calcium, un minéral qui contient les isotopes 16O et 18O de l’oxygène et 13C et 12C du carbone. En étudiant le « rapport d'abondance » entre ces deux isotopes, les scientifiques peuvent reconstituer les climats du passé. Ces carottes permettent de remonter plusieurs millions d'années. Elles fournissent le « signal océanique », c'est-à-dire la manière dont les océans ont évolué au cours des différentes périodes climatiques (température, salinité, nutriments, …). Grâce à elles, on peut connaître l'évolution des grands courants marins et reconstituer le lien qui unit les deux pôles et donc le fonctionnement de la machine climatique globale au nord et au sud.

Le Marion Dufresne

Le Marion Dufresne, mis en service en 1995, est un navire scientifique multidisciplinaire couvrant aussi bien les géosciences marines que l'océanographie biologique, physique et chimique. Ce bateau est doté d'un carottier géant appelé Calypso.

Le Marion Dufresne est le seul navire au monde à prélever au fond de l'océan des carottes de sédiments pouvant atteindre soixante mètres de long. Ces sédiments contiennent des coquillages et des micro-organismes marins – les foraminifères – qui témoignent de la température et de la salinité qui régnaient à leur époque. Les carottes, coupées en morceaux d'un mètre et demi, sont ensuite stockées dans des conteneurs réfrigérés.