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Comment la carotte a révolutionné la climatologie
Le 13 mars 1980 paraissait dans la revue Nature un article1 publié par les chercheurs Robert J. Delmas, Jean-Marc Ascencio et Michel Legrand, qui fournit les premières mesures fiables de gaz à effet de serre piégés dans la glace. Que savait-on à l’époque ?
Jean-Robert Petit2 : Que le CO2 atmosphérique ait pu changer au cours des temps était déjà une hypothèse ancienne. Dès 1845, c’est un géologue français, Jacques Joseph Ebelmen, qui formule l’idée que les variations du CO2 atmosphérique peuvent induire des modifications de température à la surface de la Terre. Au tout début du XXe siècle, le chimiste suédois Svante Arrhenius va théoriser l’effet de serre, celui-ci pouvant être la cause des glaciations.
L’idée de mesurer la composition de l’air des bulles prisonnières de la glace remonte quant à elle aux années 1950. Toutefois, jusqu’alors, les mesures de contrôle réalisées aboutissaient à des teneurs trop élevées par rapport aux teneurs atmosphériques véritables. Avec la nouvelle méthode mise au point par Robert Delmas et ses deux étudiants, les mesures du gaz carbonique contenu dans les bulles d’air de la glace étaient enfin fiables.
Quelle était la spécificité de cette méthode ?
J.-R. P. : Robert Delmas travaillait à l’époque sur les sulfates, notamment sur les pluies acides dues aux émissions industrielles de soufre qui frappaient les forêts scandinaves. Il s’est alors penché sur la mesure de l’acidité de la glace polaire. Il découvrit que cette glace était naturellement acide, et que les contaminations par des poussières carbonatées pouvaient réagir avec cet acide en produisant du CO2 ; ce qui faussait les mesures. Sa méthode a donc consisté à broyer la glace sous vide à -40 °C pour en extraire l’air ; puis à analyser les concentrations des différents gaz par chromatographie.
Les concentrations en CO2 établies depuis grâce à cette technique, dite d’extraction sèche, se sont révélées en parfait accord les données atmosphériques collectées depuis 1958. Grâce aux carottes de glace prélevées en Antarctique, la composition de l’atmosphère passée est devenue accessible, révélant l’impact de la révolution industrielle et la croissance exponentielle qui se poursuit. La méthode décrite dans cet article fondateur a depuis été adoptée par tous les laboratoires.
L’article de Delmas marque donc un véritable tournant…
J.-R. P. : C’est même un big bang pour la communauté scientifique. L’article démontre pour la première fois que le CO2 dans l’atmosphère glaciaire était largement inférieur à la période chaude préindustrielle – environ 300 parties par million en volume (ppmv) contre 190 ppmv3. Le cycle du carbone est donc lié au climat. Et la glace fournit un enregistrement fidèle : c’est le seul matériau qui piège puis conserve des échantillons de l’atmosphère passée.
Avant cela, la paléoclimatologie était le domaine de prédilection des océanographes. Les « archives climatiques » dont on disposait étaient essentiellement composées de carottes de sédiments marins. De fait, la mise au point de la technique de mesure par Robert Delmas et ses collègues, et ensuite la publication de trois papiers sur la carotte de Vostok en 1987, ont entrainé un nécessaire décloisonnement entre les disciplines et permis la mise en synergie de chercheurs qui, jusqu’ici, ne collaboraient pas ensemble.
Vous avez intégré le laboratoire de glaciologie alpine de Grenoble4 dès 1977 ; en 1984, vous accompagnez à Vostok votre directeur de thèse, Claude Lorius. Depuis, vous avez participé à treize expéditions en Antarctique entre 1988 et 2004. On peut dire que vous avez assisté aux tout débuts de la glaciologie.
J.-R. P. : Je suis surtout un chanceux, tombé en glaciologie un peu par hasard. J’ai bénéficié des avancées remarquables de mes prédécesseurs. En 1984, je pars pour ma première expédition à Vostok accompagnant Claude Lorius qui avait lancé une collaboration avec les Soviétiques pour l’étude d’une carotte de glace de plus de 2 000 mètres. L’étude de cette carotte polaire, avec le laboratoire de Jean Jouzel à Saclay, fera la une de Nature en 1987 ! Trois articles, parus en même temps, décrivaient l’enregistrement continu du climat sur 150 000 ans. Ils démontraient que le CO2 varie de concert avec la température de l’atmosphère, et qu’il contribuait à la variation de la température entre périodes glaciaire et interglaciaire. C’est le premier profil temporel de CO2 sur un cycle climatique complet au cours du Quaternaire.
Par la suite, dans un autre article publié en 1990, Claude Lorius, Jean Jouzel5, Dominique Raynaud, Hervé Le Treut et Jim Hansen évalueront la sensibilité du climat aux changements de CO2, comparant les données de la glace de Vostok aux projections des modèles à un doublement du CO2. Nous avons poursuivi ces travaux dans notre article de 1999 où nous retracions la corrélation entre gaz carbonique et température sur 420 000 ans, soit quatre cycles climatiques entiers6, le forage de Vostok ayant été prolongé jusqu’à 3 623 mètres et la collaboration élargie à la Russie, la France et les États Unis. La voie était donc toute tracée.
Que reste-t-il à découvrir dans les glaces aujourd’hui ?
J.-R. P. : En 2004, le forage Epica du Dôme C, en Antarctique, a produit 800 000 ans d’histoire du climat, montrant que le climat et le cycle du CO2 sont indissociables et la composition de notre atmosphère actuelle inédite ! Le projet européen Beyond Epica – Oldest Ice, mené en Antarctique à partir de 2021, aura pour objectif d’étendre l’enregistrement à 1,5 million d’années. Il s’agit là de comprendre l'allongement de cycles du climat de 40 000 ans à 100 000 ans, il y a 1,2 million d’années.
Par ailleurs, et en anticipation à la disparition inéluctable des glaciers des Alpes, des Andes, de l’Himalaya, le projet Ice Memory, lancé en 2015 a pour objectif de conserver ces mémoires des climats et de l’environnement. En 2020, le projet de création d’une bibliothèque mondiale d’archives glaciaires en Antarctique à la station de Concordia devrait se concrétiser afin de stocker dans ce congélateur naturel ces carottes de glace multimillénaires, des ressources scientifiques inestimables, pour les générations futures de chercheurs. ♦
À lire sur notre site
Claude Lorius, une vie sur la glace
La renaissance des grandes expéditions scientifiques
Les glaces du Mont-Blanc à l'abri en Antarctique
À voir
Mémoires de glace (diaporama)
- 1. “Polar ice evidence that atmospheric CO2 20,000 yr BP was 50% of present”, Robert J. Delmas, Jean-Marc Ascencio et Michel Legrand, Nature, vol. 284 p. 155-157, 1980.
- 2. Jean-Robert Petit est directeur de recherche émérite au CNRS, à l’Institut des géosciences de l’environnement Grenoble (IGE - unité CNRS/IRD/Université Grenoble-Alpes).
- 3. Le CO2 a atteint un nouveau record à 405,5 ppm (parties par million de molécules d'air) en 2017.
- 4. Qui deviendra en 1978 le Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement, puis IGE en 2015.
- 5. Les travaux Claude Lorius et Jean Jouzel leur vaudront la médaille d’or du CNRS en 2002.
- 6. "Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica", J. R. Petit, J. Jouzel, D. Raynaud et al., Nature, vol. 399, p. 429-436, 3 juin 1999.
Voir aussi
Auteur
Anne-Sophie Boutaud est journaliste à CNRS Le journal.