Dans les prochaines années, les scientifiques du projet européen Beyond Epica - Oldest Ice (BE-OI) vont forer au cœur de l'Antarctique pour prélever une carotte de glace remontant à 1,5 million d'années. © Jan Tell, AWI

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Partez sur les traces de la plus ancienne glace du monde en Antarctique (1/2)

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Un nouveau record à battre, une énigme à résoudre, le tout dans l'enfer blanc de l'Antarctique. Voici dans les grandes lignes ce que nous réserve Beyond Epica - Oldest Ice (BE-OI), une expédition à la recherche d'une carotte de glace remontant à 1,5 million d'années, la plus ancienne jamais sortie du sol. Comment trouve-t-on une telle gemme ? Quels secrets renferme-t-elle ? Catherine Ritz, glaciologue à l'Institut des géosciences de l'environnement à l'université de Grenoble et coordinatrice scientifique du projet, nous dit tout.

Environ vingt ans après le projet Epica (entre 1996 et 2004) et l'obtention d'une carotte de glace de 3,27 km de long, archivant 800.000 ans d'histoire climatique, la plus ancienne à ce jour, le désert glacé de l'Antarctique est à nouveau le décor d'une quête palpitante. Cette fois, les scientifiques européens de Beyond Epica - Oldest Ice (BE-OI) ont en ligne de mire une machine temporelle de 2,7 km de long qui devrait nous propulser 1,5 million d'années (Ma) en arrière. Il faut dire que Epica avait laissé les chercheurs un peu sur leur faim, en s'arrêtant juste avant la Transition du mi-Pléistocène, il y a environ 900.000 ans, qui a vu le rythme des cycles glaciaires et interglaciaires basculer de 40.000 à 100.000 ans.

Lors de l'Assemblée générale de l'Union européenne des géosciences (EGU) le 9 avril dernier, les responsables du projet, Olaf Eisen de l'Institut Alfred Wegener, Catherine Ritz de l'Institut des géosciences de l'environnement de Grenoble, ainsi que Barbara Stenni et Carlo Barbante de l'université Ca' Foscari de Venise, ont annoncé avoir localisé le site de forage idéal. L'heureux élu est un dôme de glace, baptisé Little Dome C, s'élevant en Antarctique Est à environ 3.230 m d'altitude par rapport au niveau de référence et à seulement 40 km du Dôme C, lieu du forage d'Epica, où trône depuis la base de recherche franco-italienne Concordia. Catherine Ritz estime à « plus de 90 % » les chances d'y extraire une glace de 1,5 Ma.

Comment trouver la plus ancienne glace du monde ?

Il a fallu trois ans de cartographie radar (par avion et au sol) du socle rocheux et des couches de glace, de modélisations et d'observations, afin de mettre le doigt sur le meilleur site. Les recherches se sont concentrées autour du Dôme Charlie (ou Dôme C) et du Dôme Fuji (ou Dôme F), à 2.000 km du premier. Au total, les dameuses (véhicules sur chenilles conçus pour rouler sur la neige) tirant les radars ont parcouru 5.000 km pour quadriller les deux régions. De petits forages (jusqu'à 400 mètres de profondeur) ont été réalisés pour appuyer l'imagerie radar.

Le site de forage sélectionné par les scientifiques de Beyond Epica - Oldest Ice se trouve dans les régions centrales de l'Antarctique Est, à 40 km de la base Concordia bâtie à Dôme C. Le Dôme F a également été cartographié pendant les recherches du site idéal, mais n'a pas été retenu pour ce projet. © British Antarctic Survey (BAS)

Little Dome C a été sélectionné car il remplissait une multitude de critères, parmi lesquels une surface plate et une épaisseur de glace inférieure à 2.800 mètres. Au-delà, « on voit apparaître des lacs de sous-surface » et on prend le risque que les couches les plus profondes, c'est-à-dire les plus anciennes, fondent à cause de « l'effet isolant des kilomètres de glace au-dessus » et « de la chaleur émanant de l'intérieur de la Terre à travers le socle rocheux », explique Catherine Ritz. À Concordia, la fonte au niveau du socle grignote « presque 1 mm [de glace] par an », selon la chercheuse. Grâce à une résolution des couches supérieure à Epica, atteignant 10.000 ans par mètre, la glace de Beyond-Epica, même moins profonde, peut être plus âgée.

Pour pouvoir lire les couches de glace, celles-ci doivent être bien stratifiées, ce qui requiert entre autres un faible écoulement car ce processus est capable de les mélanger. L'empilement des couches est visible sur les images radar. À Little Dome C, le radar n'a malheureusement pas vu « les derniers 200 mètres » où sont tassées les couches les plus anciennes, nous indique Catherine Ritz. Les chercheurs retourneront sur le site l'été prochain (en fin d'année) pour effectuer des mesures complémentaires, avec notamment « un nouveau radar développé exprès » pour voir les couches du fond.

« D'après les calculs, le 1,5 Ma est à 80 mètres au-dessus du socle rocheux », lui-même situé à 2.750 mètres de profondeur. Il existe « sûrement d'autres endroits » où extraire une glace aussi ancienne, mais peu bénéficient d'une base à proximité et de sa logistique. Entre Concordia et Little Dome C« on fait l'aller-retour dans la journée avec un véhicule de surface qui va à 15 km/h », précise Catherine Ritz. Trouver de la glace encore plus vieille n'est pas impossible, d'autres chercheurs l'ont déjà fait, mais « en tirer un enseignement climatique sera très compliqué ».

Une dameuse tire des radars pour cartographier le socle rocheux et les couches de glace sous la neige en Antarctique. © Robert Mulvaney, BAS

Une fenêtre sur le climat passé et futur

L'objectif de Beyond-Epica est avant tout de comprendre ce qu'il s'est passé durant la Transition du mi-Pléistocène, entre 1,2 Ma et 800.000 ans. L'alternance des glaciations et des périodes interglaciaires, influencée par les variations périodiques de l'orbite terrestre, est passée de cycles de 40.000 ans à des cycles de 100.000 ans « plus longs et plus extrêmes. Tant qu'on ne sait pas pourquoi, on manque quelque chose sur le fonctionnement de la machine Terre », déclare Catherine Ritz.

Les chercheurs ont deux grandes hypothèses pour expliquer ce revirement. La première suppose que la concentration en dioxyde de carbone (CO2), en baisse à cette époque, a poussé « le système à réagir différemment. C'est une question intéressante, car maintenant on a l'inverse » avec les émissions d'origine anthropique, fait remarquer la glaciologue. La deuxième théorie suggère que le cycle s'est allongé : les calottes glaciaires étaient « plus plates et glissaient plus vite » avant la Transition du mi-Pléistocène car elles reposaient sur des sédiments, puis elles sont devenues « plus stables », donc « plus grosses », lorsque tous les sédiments ont été jetés dans la mer.

Grâce aux bulles de gaz emprisonnées dans la glace de Beyond-Epica, les chercheurs espèrent évaluer le rôle qu'ont joué les gaz à effet de serre dans le phénomène. Dans la carotte d'Epica, décrivant les cycles de 100.000 ans, ils avaient observé que des concentrations de CO2 et de méthane élevées dans l'atmosphère correspondaient à des périodes de réchauffement (dites interglaciaires), tandis que les taux diminuaient pendant les glaciations. Bien qu'Epica soit la seule carotte remontant jusqu'à 800.000 ans, ces résultats sont « assez robustes » car corroborés par des forages de diverses profondeurs, explique Christine Ritz : 600.000 ans à Dôme Fuji, 400.000 ans à Vostok, par exemple. Le but est de vérifier « si cette relation entre gaz à effet de serre et température marche aussi sur le cycle de 40.000 ans ».

Une relation entre la température (bleu foncé et rouge, mesurée par rapport à l'année 1950) et les concentrations de dioxyde de carbone atmosphérique (bleu clair) a été constatée pour les derniers 800.000 ans, période pendant laquelle les cycles glaciaires-interglaciaires (gris et blanc) s'alternent tous les 100.000 ans, grâce à la carotte de glace d'Epica. Le rythme plus court (40.000 ans) des périodes de refroidissement et de réchauffement avant la Transition du mi-Pléistocène (en saumon) est connu grâce aux sédiments marins. La carotte de Beyond-Epica devrait nous renseigner sur les taux de gaz à effet de serre à cette époque. © Alfred-Wegener-Institut/Yves Nowak, CC by-sa 4.0

« Les carottes de glace sont un outil extraordinaire pour comprendre comment la Terre a fonctionné dans le passé, car elles enregistrent à la fois la température et la composition de l'atmosphère. » C'est aussi crucial pour prédire l'évolution future du climat, car les « modèles sont calibrés sur le présent. Les calibrer sur le passé permet d'avoir des configurations très différentes par rapport à l'actuel » qui reflètent mieux les bouleversements que risque d'engendrer le changement climatique, souligne la glaciologue.

Les premiers résultats de Beyond-Epica, et donc les premiers éléments de réponse à l'énigme de la Transition du mi-Pléistocène, ne sont pas attendus avant 2025, puisque les couches qui les renferment sont les plus profondes et ne seront atteintes qu'en 2024. Le forage devrait débuter en 2021 et ainsi s'étaler sur trois ans. Comment va-t-il se dérouler ? Quelles surprises nous réserve-t-il ? Catherine Ritz nous révèle tout cela dans un second volet de cet article, à paraître dans les prochains jours.

Catherine Ritz est chercheuse en glaciologie à l'Institut des géosciences de l'environnement de Grenoble. © Catherine Ritz
  • Le projet européen Beyond Epica - Oldest Ice (BE-OI) vise à récupérer une carotte de glace remontant à 1,5 million d'années (Ma) en Antarctique.
  • Un site de forage idéal a été identifié : un dôme de glace appelé Little Dome C.
  • Les bulles d'air piégées dans la glace révéleront les niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère et leur rôle dans le climat passé.
  • Le projet répondra à des questions laissées en suspens par Epica, qui avait obtenu en 2004 une carotte atteignant 800.000 ans, juste avant l'allongement encore inexpliqué des cycles glaciaires-interglaciaires, passés de 40.000 à 100.000 ans durant ce qu'on nomme la Transition du mi-Pléistocène (1,2 Ma à 800.000 ans).
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