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ICE&LASERS, un projet ERC pour l’étude du climat et de l’atmosphère passés

par Administrateur Un - 3 novembre 2011 - ( maj : 24 décembre 2011 )

Le projet ICE&LASERS porté par Jérôme Chappellaz, chercheur au Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement (LGGE/OSUG, CNRS / UJF), a été sélectionné par le Conseil européen de la recherche ("European research council" ou ERC) pour bénéficier d’une bourse "Advanced Grant" d’un montant de 3 millions d’euros. Lancé pour cinq ans (2012-2017), ce projet vise à développer, en s’appuyant sur de nouvelles technologies laser brevetées par le Laboratoire interdisciplinaire de physique (LIPhy, CNRS / UJF), une nouvelle génération d’instruments d’analyse in situ et en laboratoire de la glace polaire ancienne pour reconstruire l’évolution du climat et des gaz à effet de serre dans le passé

L’étude des climats du passé, notamment de l’évolution conjointe de la température et des teneurs atmosphériques en gaz à effet de serre, est primordiale pour la compréhension des interactions entre climat et effet de serre. Pour mener à bien de telles études, les glaciologues forent les glaciers antarctique et groenlandais sur plusieurs kilomètres de profondeur afin de remonter à la surface des carottes de glace ancienne qui seront ensuite analysées en laboratoire. La glace la plus âgée extraite à ce jour a été forée par le consortium européen EPICA : elle a permis de reconstituer l’évolution des teneurs en dioxyde de carbone et méthane durant les derniers 800 000 ans.

Depuis lors, un objectif scientifique essentiel est de documenter les évolutions du climat et de la composition de l’atmosphère pour la période précédent ces derniers 800 000 ans. Il s’agit de comprendre pourquoi – il y a environ un million d’années – la rythmicité naturelle du climat terrestre a changé, la périodicité dominante passant de 40 000 à 100 000 ans, alors que les paramètres de l’orbite terrestre autour du soleil demeuraient similaires de part et d’autre de cette transition climatique.

Carotte de glace antarctique, forée à l’aide d’un système traditionnel de carottage sur le site de Talos Dôme. © CNRS / LGGE, Jérôme Chappellaz

Une glace aussi ancienne peut se rencontrer localement dans les couches les plus profondes de l’inlandsis antarctique, mais forer à une telle profondeur avec les méthodes traditionnelles pourrait s’avérer infructueux, et ce au terme de plusieurs années de mise en œuvre en conditions polaires à des coûts élevés. Piloté par Jérôme Chappellaz, le projet ICE&LASERS vise à révolutionner l’étude de ces glaces profondes en s’appuyant sur la dernière génération d’instruments optiques laser. Plutôt que de forer de très longues carottes de glace, l’objectif est d’envoyer une sonde directement dans le glacier pour y analyser la glace en conditions in situ. Cette sonde emportera un instrument laser capable de mesurer en temps réel un signal à signification climatique (les rapports isotopiques de l’eau constituant la glace) ainsi que la concentration en gaz à effet de serre dans les bulles d’air piégées dans la glace. Tout l’intérêt de cette partie du projet ICE&LASERS est d’offrir un moyen d’accès rapide à la glace profonde et une évaluation en temps réel de l’intérêt climatique de la glace forée. Projet à haut risque technologique, il permettra en cas de succès d’obtenir des informations climatiques primordiales en une seule campagne de terrain. Les défis technologiques à relever pour réaliser cette sonde révolutionnaire sont nombreux. Outre la miniaturisation et l’intégration de l’instrument laser dans une sonde, il s’agit de combiner deux technologies de forage, thermique et électromécanique, et de récupérer la sonde en fin de campagne, ce qui nécessite de lutter contre la pression hydrostatique dans le glacier qui est de plusieurs centaines de bars.

Le projet ICE&LASERS prévoit également le développement d’une nouvelle génération d’instruments optiques laser pour l’analyse en laboratoire d’échantillons de carottes de glace. Là encore, la croisée des disciplines entre la glaciologie et la physique des lasers profitera pleinement à cette phase ambitieuse du projet. Ces nouveaux instruments remplaceront les spectromètres de masse à secteur magnétique, au fonctionnement lourd et coûteux et à la sensibilité limitée pour certaines applications. Ils permettront notamment :

  • d’accéder à un historique détaillé et précis de la composition isotopique du CO2 atmosphérique, information nécessaire pour comprendre les mécanismes responsables des variations naturelles de ce gaz à effet de serre,
  • et de documenter l’évolution du monoxyde de carbone, et de ses isotopes stables, un traceur intéressant des feux de végétation mais aussi de la capacité oxydante de l’atmosphère.

Pour remplir ces objectifs, l’équipe de Jérôme Chappellaz au LGGE s’est associée à des chercheurs et ingénieurs provenant du LIPhy, laboratoire ayant breveté la technologie laser qui sera utilisée, mais aussi du Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE/IPSL, CEA / CNRS / UVSQ) et de la Division technique de l’INSU (DT-INSU). Le projet bénéficie en outre de l’apport technique essentiel de la branche "glaciologie" du Centre de carottage et forage national (C2FN) de l’INSU, et du soutien logistique de l’Institut polaire français Paul-Émile Victor (IPEV), soutien indispensable à la mise en œuvre de la sonde en Antarctique.

Schéma général de l’instrument laser basé sur la technologie OFCEAS brevetée par le LIPhy de Grenoble et qui sera embarqué dans la sonde in situ du projet ICE&LASERS pour analyser la composition de la glace au sein même des glaciers polaires. © LIPHy/Grenoble, Danièle Romanini

Créé en 2007, l’European research council (ERC) soutient des projets de recherche fondamentale répondant aux deux critères suivants : l’excellence scientifique du porteur de projet et la force innovante de son idée. Il rend actuellement son verdict suite au 4e appel d’offres destiné aux chercheurs confirmés ("Advanced Grant") et la compétition est très soutenue car parmi les 2248 projets soumis à l’échelle européenne, seulement 250 environ seront financés, toutes disciplines scientifiques confondues. Or, Jérôme Chappellaz et son équipe ont appris récemment la bonne nouvelle : le projet ICE&LASERS a été sélectionné et sera financé dans sa totalité, soit à hauteur de près de 3 millions d’euros. Jérôme Chappellaz est le deuxième chercheur français travaillant dans le domaine "océan - atmosphère" à obtenir cette distinction, après Hervé Claustre (Laboratoire d&#