Appel à candidatures pour une thèse : Datation fédérative des forages polaires profonds et implications sur la compréhension des mécanismes climatiques

responsables :
Frédéric Parrenin (DR2 CNRS, IGE, Grenoble), frederic.parrenin univ-grenoble-alpes.fr, 04.76.82.42.65.
Amaëlle Landais (DR2 CNRS, LSCE, Gif sur Yvette), amaelle.landais lsce.ipsl.fr, 01.69.08.46.72

mots clefs : glaciologie, paléoclimats, datation, isotopes, gaz à effet de serre, méthodes bayésiennes

Sujet :
Les forages polaires profonds en Antarctique et au Groenland permettent de reconstruire des paramètres climatiques clés des dernières centaines de milliers d’années, comme la température et la précipitation au-dessus des calottes polaires, la teneur en impuretés de l’atmosphère et sa composition gazeuse (notamment la teneur en gaz à effet de serre comme le CO2 , le CH4 et le N2O).
Pour déterminer de manière précise les relations de causalités dans le fonctionnement du système climatique, il convient de construire une chronologie précise des événements enregistrés dans les carottes de glace. C’est une tâche complexe car il existe une multitude de méthodes de datation qui ont toutes des avantages et domaines d’applications différents. Le comptage des couches annuelles fournit une évaluation précise de la durée des événements mais il n’est applicable qu’aux périodes récentes et aux forages à fort taux d’accumulation de neige et les âges absolus fournis par cette méthode deviennent rapidement imprécis. La synchronisation de divers enregistrements aux variations des paramètres astronomiques de la Terre (qui sont-elles calculées très précisément par les équations de la mécanique céleste) a l’avantage d’être applicable sur quasiment toutes les périodes considérées mais sa précision n’est pas meilleure que quelques milliers d’années. La synchronisation à d’autres enregistrements paléoenvironnementaux datés, comme les laves volcaniques et les spéléothèmes des grottes, fournit des points de contrôle précis mais disparates pour les âges absolus. La modélisation de l’accumulation de la neige, de sa densification en glace (avec piégeage de l’air) et de l’écoulement de la glace fournit une datation continue des carottes de glace à la fois pour les bulles d’air emprisonnées et pour la matrice glace mais cette datation est imprécise, spécialement en âges absolus, lorsque l’on considère des périodes anciennes. Enfin, la synchronisation des différentes carottes de glace grâce à des marqueurs communs permet d’étudier les relations de phase entre des paramètres mesurés dans des carottes différentes mais ne permet pas de déterminer des âges absolus. Ainsi, les datations actuelles des carottes de glace, comme la datation AICC2012 (Bazin et al., 2013 ; Veres et al., 2013) sont obtenues par une combinaison des différentes sources d’information chronologiques au travers d’un modèle probabiliste (Lemieux-Dudon et al., 2010 ; Parrenin et al., 2015).

Cette thèse consistera à :
1) améliorer les différentes informations chronologiques disponibles sur les différents forages. Une modélisation du processus de sédimentation pour les carottes de glace majeures sera mise à jour. De nouvelles données de composition élémentaire (rapport O2 /N2) et isotopique (d-15 N de N2 et d-18 O de O2 ) dans l’air piégé dans la glace permettront de fournir des contraintes orbitales, notamment pour la carotte profonde de Dome C en Antarctique de l’Est sur les 800 000 dernières années ainsi que des contraintes sur la chronologie relative de la glace et de l’air sur différents forages.
2) combiner ces différentes informations chronologiques grâce au modèle probabiliste paleochrono (Parrenin et al., 2015 ; Parrenin et al., prep.). De nouvelles fonctionnalités de ce modèle seront explorées, comme le couplage avec la modélisation du processus de sédimentation, le comptage automatique des couches annuelles ou la synchronisation automatique d’enregistrements. Par rapport à la datation actuelle AICC2012, un maximum de nouveaux forages seront inclus (notamment le forage américain WAIS et le forage japonais Dome F).
3) étudier les déphasages résultants entre des enregistrements clés sur les transitions glaciaires – interglaciaires : relation de phase entre augmentations de CO2 et de température Antarctique, entre changements de température au Groenland et en Antarctique et entre variations des paramètres astronomiques et variations du climat.

Cette thèse implique de larges collaborations avec la communauté internationale des carottes de glace pour fournir une nouvelle datation fédérative de référence. Elle s’inscrit dans les projets européens ERC ICORDA et H2020 BE-OIC. Cette thèse se fera en partie à l’IGE (Grenoble), où sont principalement développés les modèles physiques et probabilistes de datation, et en partie au LSCE (Saclay), où sont obtenues en grandes parties les mesures sur la glace ayant trait à la datation.

Contact : frederic.parrenin univ-grenoble-alpes.fr