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SUBGLACIOR : révolutionner la paléoclimatologie grâce à une nouvelle sonde

par PARRENIN Frederic - 13 mai 2015 - ( maj : 13 mai 2015 )

Depuis 2011, les équipes du Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement (LGGE, CNRS/Université Joseph Fourier), du Laboratoire interdisciplinaire de physique (LIPhy, CNRS/Université Joseph Fourier), de la division technique de l’Institut national des sciences de l’Univers du CNRS, du Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (CNRS/CEA/UVSQ), avec le soutien notamment de la Fondation BNP Paribas, développent le projet SUBGLACIOR. Un projet qui conçoit, construit et déploie en Antarctique un nouveau type de sonde pour obtenir en un temps record, à partir de la glace naturelle, les enregistrements climatiques les plus anciens, au-delà d’un million d’années.

Le projet constitue la priorité scientifique de l’International Partnerships in Core Ice Sciences, une structure regroupant 23 nations travaillant sur l’étude des carottes de glace. Il est financé par le Conseil européen de la recherche (ERC), l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), le programme Investissements d’Avenir au travers du projet CLIMCOR et l’Institut polaire français Paul-Emile Victor (IPEV).

Eclairer la dernière transition majeure du système climatique

Les archives naturelles du climat ont montré qu’une modification radicale de la variabilité climatique se serait produite il y a un million d’années environ. Le climat serait passé de périodes de glaciations peu intenses mais fréquentes (tous les 40 000 ans) à des glaciations plus longues et plus prononcées (tous les 100 000 ans).

Cette transition du climat pourrait s’expliquer par un changement majeur de la concentration en CO2 dans l’atmosphère terrestre.

Pour le vérifier et ainsi résoudre l’une des dernières grandes énigmes des climats passés, les glaciologues se sont fixés pour objectif d’aller chercher la glace la plus ancienne, celle située tout au fond de la calotte antarctique, afin d’analyser l’air qu’elle contient. Cette méthode, la plus fiable, permettrait de comprendre les mécanismes, les non linéarités et les rétroactions de cette transition climatique du mi-Pléistocène.

Avec les technologies de forages disponibles aujourd’hui, la campagne qu’il faudrait déployer pour parvenir à cet objectif comporterait des risques très élevés en raison de l’incertitude à déterminer le site de forage adéquat (où les différentes couches de glaces ne seraient pas mélangées) et s’étendrait sur de nombreuses années.

En proposant une nouvelle approche, l’équipe du projet SUBGLACIOR va réduire considérablement ces risques. La sonde en cours de développement permettra, en une seule saison sur le terrain (2 à 3 mois) d’explorer la glace jusqu’à 3 km de profondeur et de collecter des données précises et en temps réel sur le terrain : le climat des dernières 1,5 million d’années, les concentrations de gaz à effet de serre ainsi que les concentrations en poussières.

Le développement de la sonde SUBGLACIOR

Le principe de mesure de cette sonde réside dans une technologie laser française innovante permettant la mesure en temps réel, sur un instrument embarqué dans un carottier, de paramètres clés (isotopes de l’eau, concentration de l’air piégé dans la glace en méthane).

Les progrès de la spectroscopie laser dans le proche et moyen infra-rouge (technique brevetée 0FCEAS) permet maintenant de produire des mesures ultra-précises sur un instrument suffisamment compact et robuste pour qu’il puisse être utilisé en conditions aussi extrêmes. Dans le cadre du projet SUBGLACIOR, une vingtaine de chercheurs et d’ingénieurs de l’équipe ont réussi à miniaturiser l’instrument laser pour le faire tenir dans un tube de moins de 5 centimètres de diamètre. Les données qu’il va acquérir seront transmises en continu vers la surface via une électronique embarquée dans la sonde et un câble électroporteur spécifique de 3500 mètres de longueur.

L’enveloppe permettant à cet instrument de progresser dans le glacier depuis la surface, tout en produisant en continu un échantillon analysé par le spectromètre laser est en cours de développement par l’équipe de SUBGLACIOR.

L’instrument laser a subi un premier test durant l’été 2014, dans un environnement très différent de la glace polaire. Il a en effet été déployé pour analyser les gaz dissous en mer Méditerranée, grâce à une interface spécifique construite au LGGE. Les premiers résultats obtenus ouvrent des perspectives très prometteuses pour des applications multiples en océanographie, bien loin des études des climats anciens. En effet, ce déploiement jusqu’à des profondeurs de 600 mètres au large de Nice a permis pour la première fois d’obtenir un profil continu de la concentration en méthane dissous en mer Méditerranée, montrant des variations à l’échelle de quelques dizaines de mètres dont l’origine biologique ou liée à la circulation des eaux reste à élucider.

Prochaines étapes

Après quatre années de développement, la partie mécanique de la sonde a été testée pour la première fois sur site durant les hivers 2013/2014 et 2014/2015 à la base franco-italienne Concordia en Antarctique. Un système de tubage parfaitement étanche a pu être mis en place pour la première fois au travers des 120 mètres de neige et de névé recouvrant le glacier. Ce tubage est rendu nécessaire par la circulation de fluide de forage qui ramènera en surface et en continu les copeaux de glace produits par la sonde en train de forer. Cette circulation du fluide mélangé à des copeaux a aussi pu être testée, donnant des résultats concluants.

Une prochaine expédition aura lieu durant l’hiver 2015/2016. Les logisticiens de l’institut polaire français Paul-Emile Victor (IPEV) transporteront alors le matériel lourd (fluide de forage, treuils, câble électroporteur, flexible d’alimentation en fluide de forage) jusqu’à la côte antarctique afin que la sonde soit déployée à la base Concordia et validée au cours d’une campagne spécifique qui aura lieu l’année suivante.

En parallèle, l’application inattendue de ces avancées technologiques sur l’étude des gaz dissous dans les océans va se poursuivre. Une piste importante sur laquelle l’équipe va se concentrer porte sur l’étude des dégazages d’hydrates de méthane au fond des mers en région arctique, sous l’effet du réchauffement climatique. Les performances atteintes par cet instrument prototype enthousiasment les chercheurs océanographes. L’équipe de SUBGLACIOR étudie donc la possibilité de créer une start-up pour valoriser ce nouveau savoir-faire national en industrialisant le premier prototype.

Financement et organisation du projet

Le budget total pour la construction de la sonde est de près de 3,2 millions d’euros.

Le mécénat de la Fondation BNP Paribas, d’une hauteur de 100 000 euros, a permis aux quatre centres de recherche impliqués de lancer la conception de la sonde.

La construction et le déploiement de la sonde sur le terrain antarctique est financé par le Conseil européen de la recherche (ERC) au travers du projet ICE&LASERS, l’Agence Nationale de la Recherche dans le cadre de son programme Blanc, l’EquipEX CLIMCOR du programme Investissements d’Avenir et de la Mamont Foundation qui a rejoint le consortium récemment.

L’Institut polaire français Paul-Emile Victor (IPEV) organise la logistique des missions en Antarctique afin que la sonde puisse être déployée.

Pour en savoir plus sur le projet : http://www.iceandlasers.org/

Contacts scientifiques locaux

  • Jérôme Chappellaz, LGGE-OSUG : jerome |at| lgge.obs.ujf-grenoble.fr

Cette actualité est également relayée par

  • Groupe Banque nationale de Paris et Paribas - BNP Paribas (Source)
  • L’Agence Nationale de la Recherche - ANR
  • L’Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble - OSUG

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