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Subglacior : Une sonde révolutionnaire pour explorer le climat passé

  • 20.01.2015

Pour remonter le fil de notre climat sur plusieurs centaines de milliers d’années, une seule option : sonder les « bibliothèques du passé » où sont préservées des molécules d’eau ou d’air des précédents millénaires. La calotte de l’Antarctique est à ce titre la meilleure bibliothèque puisqu’elle conserverait, selon certains modèles, de la glace d’environ 1,5 million d’années !

Jusqu’à présent, la solution des climatologues consistait à forer, mètre après mètre, dans l’épaisseur du manteau neigeux, pour remonter les carottes de glace et les analyser en laboratoire. Un travail de fourmi, qui mobilise durant plusieurs années une dizaine de personnes, dans des conditions extrêmes. « Le pire, c’est qu’au bout de ces années de labeur, lorsqu’on arrive enfin aux couches les plus vieilles, donc les plus intéressantes, on découvre parfois qu’elles sont inexploitables, soit parce que les couches se sont mélangées, soit parce qu’il y a eu un phénomène de fonte contre le socle rocheux », pointe Jérôme Chappellaz. 

D’où l’idée de ce chercheur du laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement de Grenoble (LGGE) : inventer un système de sonde beaucoup plus rapide qui puisse faire des mesures en direct, tout au long de sa descente dans le glacier. Et permettre en quelques semaines non seulement de vérifier l’intégrité des couches profondes, mais aussi de livrer des informations clés, comme l’âge des différents étages. 

“ Cette nouvelle sonde ne remplacera pas la quantité d’informations que nous livre une vraie carotte de glace ramenée en surface, mais elle nous permettra de choisir les meilleurs sites et nous livrera des informations précieuses en quelques semaines seulement ”

Jérôme Chappellaz

du laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement de Grenoble (LGGE)

Du doute… à l’idée

Le doute génère parfois de grandes découvertes. C’est en participant à un projet de forage européen en Antarctique, en 2007, que Jérôme Chappellaz élabore l’idée de cette nouvelle sonde. « Nous descendions d’environ 20 mètres par jour et le signal qui nous intéressait se trouvait tout au fond, à plus de 1700 mètres de profondeur ! Et si ces derniers mètres de glace n’étaient pas exploitables ? Cette question m’empêchait de dormir… Une nuit d’insomnie, j’ai tout à coup imaginé qu’au lieu de perdre ce temps fou à remonter les carottes de glace jusqu’en surface pour les analyser, on puisse descendre nos instruments de mesures directement dans le glacier ».

Cette idée, c’est en réalité l’aboutissement de plusieurs années de réflexions. Depuis 2004, le glaciologue, passionné d’instrumentation, collabore avec des physiciens du laboratoire interdisciplinaire de physique de Grenoble à un nouveau système d’analyse de la glace par laser. « Ces collègues avaient mis au point une nouvelle technologie pour mesurer des molécules à l’état de trace et cherchaient une application concrète. Je leur ai proposé de tester leur instrument sur les carottes de glace, ce qui a parfaitement fonctionné ! », retrace Jérôme. L’instrument s’avère en effet bien plus sensible et pratique, et moins coûteux, que ceux utilisés jusqu’à présent. 

Un audacieux pari

Ne pourrait-on pas l’embarquer directement dans la sonde de forage et effectuer les mesures en direct ? Le pari est osé. Il faut miniaturiser l’instrument pour qu’il tienne dans un tube de 7cm de diamètre, le protéger des températures extrêmes allant jusqu’à -50°C, transférer les données en temps réel via un câble électroporteur de 3500 mètres de long. Il faut aussi fabriquer une tête de forage qui puisse creuser sans jamais s’arrêter tout en alimentant, en continu, l’instrument d’échantillons de neige. Le tout, sans consommation excessive d’énergie… « Notre solution consiste à intégrer dans la pointe de la sonde un élément en céramique de 2cm de diamètre chauffé par des résistances électriques. Tout autour, des couteaux coupent la glace, ce qui facilite le forage sans apport supplémentaire d’énergie ». Enfin, il a fallu trouver comment évacuer les copeaux de glace qui s’accumulent à l’intérieur du trou. « Une huile silicone possédant une viscosité spécifique a été conçue pour cet usage. Des tests en chambre froide ont montré que les copeaux ne s’y agglomèrent pas », précise le chercheur. Un système de pompage en surface permet de mettre en circulation ce fluide, qui sera filtré puis réutilisé en continu. 

En attendant l’Antarctique

Ainsi est née la sonde Subglacior, du nom du sous-marin de Blake et Mortimer qui se promène dans le lac Vostok, au milieu d’imposants blocs de glace. « Nous avons testé un premier prototype durant l’été 2014 dans l’eau, en méditerranée. Et nous sommes très satisfaits : même pour les océanographes, cet outil est intéressant ! », affirme Jérôme Chappellaz. Prochaine étape : apporter en bateau l’ensemble du matériel sur la base scientifique de Dumont d’Urville, en Antarctique, fin 2015, puis l’emporter via les tracteurs de l’Institut Polaire Français sur la base de Concordia, au cœur du continent. Premier essai prévu en 2017 !

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