En 1980 des glaciologues de l’IGE ont découvert comment reconstituer la teneur en CO2 de notre atmosphère
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Lors de leur formation, au moment de la compaction de la neige à la surface, les calottes de glaces polaires piègent continuellement des petites bulles d’air. La glace a donc cette étonnante propriété : elle peut fournir une archive naturelle de la composition de l’air ancien, jusqu’à plusieurs centaines de milliers d’années ! Mais le challenge n’est pas simple et il a fallu plus de 20 ans d’efforts aux glaciologues de l’époque pour arriver à extraire ces informations. La solution fut trouvée, il y a 40 ans par Robert Delmas et ses collègues, qui développèrent une technique fiable pour extraire de la glace l’air qui y était contenu et en mesurer la composition en CO2. Ce travail pionnier ouvrait la voie aux mesures modernes des archives glaciaires montrant que les niveaux de CO2 dans l’atmosphère ont affectés la température de la Terre durant des centaines de milliers d’années.
A la fin du 19ème siècle le suédois Svante Arrhenius s’intéressa aux causes des âges glaciaires. A partir de longs et fastidieux calculs, il estima que la variation de la concentration en CO2 de l’atmosphère pouvait modifier sa capacité à absorber la chaleur émise par la surface de la Terre. En d’autres termes, plus il y a de CO2 dans l’atmosphère, plus celui-ci absorbe la chaleur émise par la surface de la Terre (plutôt que de la laisser s’échapper dans l’espace), ce phénomène accentue alors ce que l’on appelle l’effet de serre, découvert par Joseph Fourrier quelques décennies plus tôt. Svante Arrhenius suggéra alors que les températures plus froides durant l’âge glaciaire résultaient d’un affaiblissement de la concentration du CO2 de l’atmosphère.
Utiliser les archives glaciaires pour infirmer ou confirmer la prédiction d’Arrhénius était tentant. Au cours des années 1960-1970 plusieurs séries d’essais eurent lieu pour obtenir un enregistrement fiable du CO2 atmosphérique dans la glace en extrayant le gaz par fusion de la glace (extraction humide). Les résultats se révélèrent décevants, avec l’obtention de valeurs parfois incohérentes et souvent fortement dispersées. La solution émergea de l’étude de la glaciochimie dont Robert Delmas et Michel Legrand (IGE, ex LGGE) furent des précurseurs. En raccourci, si la glace contient des poussières carbonées la fusion d’une glace à contexte acide peut produire du CO2 provenant de la réaction avec les carbonates et donc confondre la mesure du CO2 atmosphérique. Pour tester leur idée Delmas et ses collègues mirent au point une méthode d’extraction sèche qui consiste à broyer la glace sous vide et à – 40°C.
Dans leur papier de 1980, ils appliquèrent cette méthode à des échantillons de glace antarctique qui, comparée à la glace du Groenland, contient très peu de carbonates. Ces premiers résultats fiables confirmèrent la prédiction d’Arrhénius en indiquant qu’au dernier maximum glaciaire, il y a environ 20.000 ans, les concentrations de l’atmosphère en CO2 étaient diminuées d’environ moitié par rapport à celle de l’année 1980.
La méthode fit rapidement école, puisque l’extraction sèche sera désormais quasi-universellement adoptée pour l’obtention des enregistrements du CO2 atmosphérique qui couvrent désormais les 8 cycles glaciaires-interglaciaires des derniers 800.000 ans. Ces enregistrements ont contribué à notre compréhension actuelle de la succession de ces cycles et indiquent que vraisemblablement les niveaux actuels en CO2 de l’atmosphère ont été sans équivalent durant les derniers 800.000 ans.
On retrouve une trace de l’héritage laissé par le papier de Delmas et al. et par tous ceux dans la suite qui ont conduit aux divers enregistrements du CO2 atmosphérique au cours de derniers 800.000 ans dans le projet international en cours « Beyond EPICA Oldest Ice » dont le but est d’étendre cet enregistrement au-delà d’un million d’années. L’espoir est de documenter une question fondamentale de la paléoclimatologie : pourquoi, il y a environ un million d’année, le rythme des cycles climatiques glacaires-interglacaires est- il passé d’environ 40.000 à 100.000 ans ?
Références
Jean-Robert Petit & Dominique Raynaud : News & Views : Forty years of ice-core records of CO2, Nature, March 2020
https://www.nature.com/articles/d41586-020-00809-8
Quelques références utiles
Delmas, R. J., Ascencio, J.-M. & Legrand, M. Nature 284, 155–157 (1980).
Arrhenius, S. Phil. Mag. 41, 237–275 (1896).
Lüthi, D. et al. Nature 453, 379–382 (2008).
Masson-Delmotte, V. et al. in Climate Change 2013 : The Physical Science Basis (eds Stocker, T. F. et al.) 383–464
(Cambridge Univ. Press, 2013).
https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide
Contact scientifiques
– Dominique Raynaud, IGE/OSUG | raynaud univ-grenoble-alpes.fr
– Jean-Robert Petit, IGE/OSUG I jean-robert.petit univ-grenoble-alpes.fr
Publié le 26 mars 2020
[1] Le LGGE est devenu Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE / OSUG – CNRS, GINP, IRD, UGA) en 2017, suite à sa fusion avec le LTHE (Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement)
Mis à jour le 23 avril 2020