antarctique, climat et ensoleillement

L’ensoleillement de l’hémisphère nord a influencé le climat de l’antarctique dans le passé

Une équipe internationale de chercheurs, comprenant des chercheurs du Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement (CNRS, Université Grenoble 1) et du Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (CNRS, CEA, Université de Versailles Saint-Quentin), a établi un lien entre l’évolution du climat en Antarctique au cours des 360 000 dernières années et l’insolation estivale de l’hémisphère nord.

Ci-contre : carotte de glace issue du forage du Dome Fuji

À partir du forage japonais réalisé au Dome Fuji, en Antarctique, les chercheurs du LGGE (Laboratoire de glaciologie et géophysique de )et du LSCE(l’environnementLaboratoire des sciences du climat et de l’environnement) ont daté les couches successives de glace. Ils ont réalisé cette datation à partir des bulles de gaz enfermées dans la glace, en exploitant le rapport de concentration entre l’oxygène et l’azote, celui-ci variant au cours du temps.

Ces nouvelles informations sur l’âge des glaces de l’Antarctique ont mis en évidence une corrélation entre les variations climatiques de cette région et l'énergie solaire (insolation) reçue en été dans l'hémisphère nord. Cette relation est particulièrement visible pour les périodes de réchauffement qui ont marqué la fin des quatre dernières ères glaciaires.

À une saison et une latitude donnée, l'insolation varie en effet au cours du temps à cause du mouvement de l'orbite et de l'axe de rotation de notre planète. Ces variations sont connues et datées avec une grande précision grâce aux calculs de mécanique céleste.

Les auteurs de cette étude ont montré que les augmentations de l'insolation d'été de l’hémisphère nord sont suivies quelques milliers d’années plus tard par des augmentations de gaz à effet de serre et un réchauffement climatique en Antarctique. Le lien précis entre l’insolation reçue dans l'hémisphère nord et la température de l’Antarctique pourrait être la circulation des masses d'eau océaniques, qui est un vecteur important de chaleur. En effet, le soleil en période de forte insolation provoque la fonte des calottes glaciaires de l’hémisphère nord, créant des rejets d'eau douce qui modifient la salinité de l’océan. Or toute variation de salinité modifie la densité de l’eau, dont les variations forment le moteur du mouvement des masses d’eau.

L'application de la même méthode (exploitation du rapport de concentration entre l’oxygène et l’azote) au forage européen EPICA Dome C, couvrant les 800 000 dernières années, devrait permettre de confirmer ou d'infirmer ce lien sur une période plus ancienne, lors de laquelle les cycles glaciaires-interglaciaires étaient moins marqués.

Glaces de l'Antarctique : une histoire détaillée de notre climat sur 800.000 ans

Remonter l'histoire de l'Antarctique jusqu’à 800 000 ans, constitue une première dans l’étude des carottes glaciaires. L’analyse au LSCE (Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, unité mixte CEA, CNRS et Université Versailles Saint-Quentin), de près de 6.000 échantillons prélevés sur les 3260 m du forage glaciaire du Dôme C en Antarctique dans le cadre du programme EPICA, a permis de mettre en évidence un cycle interglaciaire supplémentaire.

Ces analyses confirment que le climat du Quaternaire a changé de rythme, il y a plus de 400.000 ans. Avant cette transition, les périodes interglaciaires étaient moins chaudes mais duraient plus longtemps. Ces résultats sont publiés dans le journal Science du 6 juillet 2007.

Jusqu’à présent, l’étude des 3140 m de glace extraits du site du Dôme C révélait l’histoire du climat de l’Antarctique au cours des 740.000 dernières années. D’autre part, l’analyse des bulles d’air piégées dans cette glace permettait d’étendre les enregistrements de la composition de l’atmosphère en dioxyde de carbone et méthane jusqu’a -650.000 ans. Ces travaux confirmaient l’existence d’un lien étroit entre climat et effet de serre, mis en évidence sur les 420 000 dernières années grâce au forage de Vostok, le plus profond jamais réalisé en Antarctique (3623 m).

Les études réalisées, pour la première fois, sur la glace la plus profonde du Dôme C, au-delà de 3140 m, par l’équipe du LSCE ont permis l’interprétation de la concentration du deutérium, isotope de l’hydrogène, témoin de la température en Antarctique. Des mesures complémentaires, de la composition des bulles d’air en particulier, réalisées à cette profondeur, mettent en évidence un âge de la glace de plus de 800 000 ans, les variations de la composition en bulles d’air de la glace témoignant de l’inversion magnétique terrestre survenue il y a 780.000 ans.

Cet enregistrement de température, près de deux fois plus long que celui accessible à partir du forage de Vostok, a permis des avancées remarquables sur les aspects suivants :

• grâce à un ensemble de simulations réalisées à l’aide d’un modèle de circulation générale de l’atmosphère, la température de l’Antarctique est reconstituée de façon très fiable. La période de 10 °C plus froide qu’aujourd’hui, correspond au dernier maximum glaciaire il y a 20.000 ans, et celle de 4,5°C plus chaude, au dernier interglaciaire, il y a 130.000 ans. La corrélation entre la température en Antarctique et les variations du niveau de la mer telles qu’elles sont enregistrées dans les sédiments marins est remarquable, sur l’ensemble des 800.000 dernières années ;
  
• les analyses détaillées confirment le lien entre les évènements climatiques rapides mis en évidence dans les forages réalisés au Groenland et les variations de température enregistrées en Antarctique aux échelles séculaire et millénaire, aussi bien dans le secteur Atlantique à l’Est (forage EPICA de Dronning Maud Land) qu’au Dôme C, situé dans le secteur indo-pacifique ;
  
• la comparaison entre les variations de la température en Antarctique et celles de l’insolation, suggère que l’intensité des périodes interglaciaires est influencée par l’interaction entre les paramètres d’obliquité et de précession.

A la lumière de ces résultats, la communauté glaciologique internationale se tourne maintenant vers d’autres régions de l’Antarctique où l’accumulation de neige est encore plus faible qu’au Dôme C, pour extraire de la glace vieille, si possible de plus d’un million d’années.

La France est très fortement impliquée dans le projet EPICA dont Jean Jouzel du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) a assuré la coordination de 1995 à 2001. Les recherches menées dans le cadre de ce projet ont pu être réalisées, grâce, notamment, aux soutiens financier de l’Institut national des Sciences de l’Univers (INSU) et logistique de l’Institut français Paul Émile Victor (IPEV). L’équipe technique du Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement (LGGE CNRS / UJF Grenoble) a également joué un rôle essentiel dans le développement du carottier et dans le succès du forage du Dôme C, ainsi que sur les volets analyse des traces gazeuses et chimie et des propriétés physiques de la glace.

A propos des carottes de glaces et du site Concordia-Dôme C
Les carottes de glaces sont des cylindres de 10 cm de diamètre qui sont ramenés à la surface par tronçon de 3 m environ. Les particules de poussière présentes dans l’atmosphère et l’air lui-même sont emprisonnées entre les cristaux de neige lors de la formation de la glace. L’analyse des propriétés physiques de la glace et de la composition chimique des bulles d’air qu’elle contient permet de reconstituer l’évolution du climat de la terre au cours du temps.

Sur le site de Concordia-Dôme C, où a été réalisé, grâce à la logistique lourde de l’Institut polaire français Paul Emile Victor, le forage EPICA, sont mis en œuvre des travaux de recherche dans des domaines aussi variés que les sciences de la Terre, la physique et la chimie de l’atmosphère, les micrométéorites, l’astronomie ou le comportement humain en milieux extrêmes.

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Quelques sites intéressants :

• Pour en savoir un peu plus sur ce qu'est la climatologie, ici.
  
• livret PDF sur l'évolution du climat - étude des climats du passé - ici.