Comment fonctionnent les carottes de glace – et ce qu'elles révèlent

Des capsules temporelles gelées sous la glace

Sous les calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique se trouve une archive remarquable du passé de la Terre. Les scientifiques extraient de longs cylindres de glace – appelés carottes de glace – qui contiennent couche après couche de neige compressée remontant à des centaines de milliers d'années. Chaque couche agit comme une capsule temporelle, conservant des traces de l'atmosphère, de la température, des éruptions volcaniques et même des événements cosmiques du moment où la neige est tombée pour la première fois.

La science des carottes de glace, pierre angulaire de la paléoclimatologie, a transformé notre compréhension de la façon dont le climat de la Terre a évolué au cours du temps – et de la façon dont les changements actuels se comparent aux cycles naturels.

Comment les scientifiques forent-ils dans le passé ?

Les calottes glaciaires se forment à mesure que les chutes de neige saisonnières s'accumulent année après année. Le poids de la neige plus récente comprime les couches plus anciennes en dessous, les transformant progressivement en glace dense. Parce que les chutes de neige de chaque saison ont des propriétés physiques et chimiques légèrement différentes, les couches annuelles restent distinguables – un peu comme les anneaux des arbres.

Pour accéder à cet enregistrement, les chercheurs utilisent des foreuses spécialisées. Les carottes peu profondes peuvent être extraites avec des tarières manuelles, mais le forage profond nécessite des systèmes motorisés suspendus à des câbles depuis la surface. Ces installations coupent des sections cylindriques typiquement de 10 à 13 centimètres de diamètre et de 2 à 6 mètres de long par passage. Les carottes les plus profondes atteignent plus de 3,2 kilomètres sous la surface et contiennent de la glace datant de 800 000 ans, selon la NASA.

Lire les archives climatiques

Les carottes de glace contiennent deux principaux types de preuves climatiques : la glace elle-même et les minuscules bulles d'air qui y sont piégées.

Température à partir des isotopes

Les molécules d'eau existent en variétés « légères » et « lourdes », selon qu'elles contiennent l'isotope oxygène-16 ou oxygène-18. Pendant les périodes plus froides, les molécules d'eau plus lourdes sont moins susceptibles de s'évaporer et de se déplacer vers les pôles, de sorte que la glace formée dans les climats froids contient un rapport plus élevé d'oxygène-16. Les scientifiques mesurent ces rapports isotopiques stables à l'aide de la spectrométrie de masse pour reconstituer les enregistrements de température remontant à des millénaires, comme décrit par NOAA.

L'atmosphère dans une bulle

Lorsque la neige se compacte en glace à des profondeurs d'environ 50 à 100 mètres, l'air est scellé à l'intérieur de minuscules bulles. Ces bulles sont des échantillons miniatures de l'atmosphère ancienne. En broyant ou en faisant fondre des échantillons de glace dans le vide, les chercheurs extraient les gaz piégés et mesurent les concentrations de dioxyde de carbone, de méthane et d'oxyde nitreux. Cette technique a produit des enregistrements continus des niveaux de gaz à effet de serre remontant à plus de 800 000 ans – les mesures directes les plus longues de la composition atmosphérique disponibles.

Ce que les carottes de glace conservent d'autre

Au-delà des données de température et de gaz, les carottes de glace capturent une gamme surprenante de signaux :

• Les éruptions volcaniques laissent des couches d'acide sulfurique et de fines particules de cendres, permettant aux scientifiques de dater précisément les éruptions passées.
• La poussière et le pollen révèlent les changements dans les régimes de vent, la végétation et l'aridité.
• Les anomalies chimiques – telles qu'un pic de platine trouvé dans la glace du Groenland datant d'il y a 12 800 ans – peuvent indiquer des épisodes volcaniques ou même d'éventuels impacts cosmiques, comme des recherches récentes l'ont exploré.
• Le sel marin et les marqueurs biologiques indiquent les changements dans les conditions océaniques et l'étendue de la glace de mer.

Pourquoi les carottes de glace sont importantes aujourd'hui

Les carottes de glace ont fourni certaines des preuves les plus convaincantes reliant les gaz à effet de serre à la température mondiale. Les enregistrements montrent qu'au cours des 800 000 dernières années, les niveaux de CO₂ et la température ont augmenté et diminué au même rythme pendant les cycles glaciaires naturels. Le CO₂ atmosphérique actuel – au-dessus de 420 parties par million – dépasse de loin tout ce qui a été trouvé dans les archives des carottes de glace, selon les données compilées par le National Snow and Ice Data Center.

D'importants projets de forage continuent de repousser les limites de l'enregistrement. Le projet européen Beyond EPICA vise à récupérer de la glace antarctique datant d'il y a jusqu'à 1,5 million d'années, ce qui couvrirait une période critique où les cycles glaciaires de la Terre sont passés d'intervalles de 40 000 ans à 100 000 ans. Comprendre cette transition pourrait éclairer la sensibilité du système climatique aux changements orbitaux et au forçage du CO₂.

De la résolution d'anciens mystères enfouis dans la glace du Groenland à l'évaluation des changements climatiques modernes, les carottes de glace restent l'un des outils les plus puissants de la science de la Terre – une bibliothèque gelée écrite en isotopes, en bulles de gaz et en poussière.