LES GLACES POLAIRES : UN ENREGISTREMENT DES VARIATIONS CLIMATIQUES

La neige constitue un assemblage très aéré de cristaux. En s’accumulant, elle se tasse peu à peu sous l’effet de son propre poids et finit par former de la glace compacte : les pores de neige se ferment et des échantillons de l’air ambiant au moment de la chute de neige  se retrouvent emprisonnées.

Le principe de superposition, qui dit que toute formation située géométriquement au dessus d’une autre est plus récente, nous permet d’étudier les variations de la composition de l’air au cours du temps. Ces études sont possibles grâce à des forages réalisées dans les calottes polaires et les glaciers de montagne. Le carottage le plus profond a été réalisé en Antarctique : les chercheurs ont pu atteindre une couche située à 3,5 km vieille de près de 420 000 ans.

L’analyse de ces bulles d’air emprisonnées nous révèle les taux de gaz à effet de serre (tels que  le CO2 ou le CH4) au moment de la chute de neige, et nous permet ainsi de retracer les variations de températures des époques passées.

Des isotopes stables de la glace servent également de paléo-thermomètres : l’élément oxygène existe sous deux formes isotopiques : ¹⁶O et ¹⁸O. L’eau est donc un mélange de molécules H₂¹⁶O (99,8%) et de molécules H₂¹⁸O (0,2%). On appelle δ¹⁸O le rapport suivant :

δ¹⁸O = (¹⁸O /¹⁶O_{de l’eau de la glace} -¹⁸O /¹⁶O_{moyen des océans}) /(¹⁸O /¹⁶O_{moyen des océans})

On étudie ce rapport en sachant que ¹⁸O est un isotope plus lourd que le ¹⁶O. Lorsque l’eau se condense, la molécule d’eau contenant l’isotope lourd se condense plus rapidement que celle qui contient l’oxygène léger. Dans un nuage, plus il fait froid, plus la quantité d'H₂O lourde qui se condense est importante. Lors de précipitations, le nuage va donc plus ou moins s’appauvrir en ¹⁸O en fonction de la température atmosphérique (les molécules  ¹⁸O vont tomber dans les océans). Ce même nuage va migrer vers les pôles : la température y étant beaucoup plus basse, on y trouvera des précipitations sous forme de neige. Celle-ci contient un certain taux de ¹⁸O et de ¹⁶O, et c’est à partir de ces mesures que nous allons pouvoir déterminer le δ¹⁸O et la température atmosphérique à un instant  t.

Les recherches portent aussi sur le deutérium, un isotope lourd de l’hydrogène dont le comportement lors du cycle de l’eau est similaire à celui de ¹⁸O (comme dans le cas de l’isotope ¹⁸O, on définit δD en rapportant le rapport D / ¹H à la teneur moyenne en D des océans).