La mémoire des glaces

La mémoire des glaces

Collecter des échantillons des glaciers de montagne les plus exposés au changement climatique et les stocker en Antarctique pour les scientifiques des générations futures : tel est l’objectif d’IceMemory, programme international de sauvegarde de la mémoire… du froid.

Les glaciers des montagnes renferment la mémoire de nos climats et de notre environnement, capturée dans les glaces. Ils représentent les seuls enregistrements naturels directs des variations de la composition atmosphérique, un apport indispensable à la science environnementale et climatique. Or, nombreux glaciers reculent inexorablement à travers le monde suite au changement climatique, effaçant cette mémoire de l’histoire de notre planète.

Les archives du climat menacées
La glace des glaciers non polaires renferme elle aussi de nombreuses informations sur les variations passées du climat, de l’environnement et tout particulièrement de la composition atmosphérique : variations de la température, des concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre, des émissions d’aérosols naturels ou de polluants d’origine humaine… Les glaciers constituent ainsi la mémoire des climats passés et permettent d’anticiper les changements environnementaux à venir.
Les glaciologues observent depuis des décennies l’impact de la hausse des températures sur la fonte des glaciers de montagne, européens et andins notamment. Le temps est compté : si le réchauffement climatique se poursuit au rythme actuel, les glaciers culminant en dessous de 3 500 mètres dans les Alpes et en dessous de 5 400 mètres dans les Andes auront disparu à la fin du XXIe siècle. Ce sont donc des pages uniques de l’histoire de notre environnement qui disparaîtront à jamais;
• Sauvegarder la mémoire de la glace : face à ce constat alarmant, des glaciologues français et italiens ont décidé d’agir et ont lancé le projet IceMemory en 2015. Porté par la Fondation Université Grenoble Alpes, il fédère les partenaires suivants : le CNRS, l’IRD, l’Université Grenoble Alpes, le Conseil national de la recherche italien, l’Université de Venise, ainsi que l’IPEV et le Programme italien de recherche en Antarctique (PNRA) en ce qui concerne la base Concordia (base de recherche franco-italienne située en Antarctique). Leur objectif principal : constituer en Antarctique la première bibliothèque mondiale d’archives glaciaires issues de glaciers menacés par le réchauffement climatique. L’Antarctique est en effet le congélateur le plus sûr et le plus naturel au monde. À la base Concordia, gérée par l’IPEV et le PNRA, seront conservés à -54 °C, dans une cave creusée sous la neige, des centaines d’échantillons de carottes de glace du monde entier pour plusieurs siècles. Ces échantillons seront propriété de l’humanité et une gouvernance pérenne veillera à leur conservation et à leur utilisation exceptionnelle et appropriée, afin de permettre aux scientifiques des générations futures de réaliser des analyses totalement inédites.
• Fédérer les glaciologues mondiaux : dans le cadre du projet IceMemory, une douzaine de chercheurs français, italiens, russes et américains ont réalisé la première expédition de forage patrimonial sur le glacier du Col du Dôme, dans le massif du Mont-Blanc, en août 2016. Cette mission a constitué la première étape de faisabilité du projet de « carottages patrimoines ». Forte de ce succès, l’équipe a conduit la deuxième expédition de forage patrimoine sur le glacier de l’Illimani, en Bolivie, en juin 2017. Le consortium ne compte pas s’arrêter là : il souhaite fédérer la communauté internationale des glaciologues pour réaliser au moins une dizaine de forages sur différents glaciers de la planète, ceux d’intérêt scientifique et menacés par le changement climatique. Le colloque inaugural IceMemory a été organisé sous le patronage des commissions nationales française et italienne pour l’Unesco du 8 au 10 mars 2017. Il marque l’internationalisation du programme, avec la participation de 15 scientifiques spécialistes de l’étude des carottes de glace américains, russes, chinois, brésiliens, suédois, japonais, allemands, suisses, italiens et français.
• IceMemory, un modèle collaboratif : le projet est cofinancé pour moitié par de l’apport en ressources humaines et en équipements des organismes scientifiques partenaires et pour moitié par du mécénat privé, via la Fondation Université Grenoble Alpes. Ainsi, des entreprises, des fondations et des particuliers se mobilisent pour permettre la réalisation de cette aventure qui relève d’une responsabilité collective.

Les missions
Sur le Col du Dôme
La première expédition du projet IceMemory s’est déroulée du 15 au 29 août 2016 dans les Alpes, sur le glacier du Col du Dôme. Cette opération, inédite sur le massif du Mont-Blanc, a nécessité l’acheminement par hélicoptère de près d’une tonne d’équipement – dont 25 m3 de caisses isothermes – depuis Chamonix. Pendant deux semaines, l’équipe internationale, composée de glaciologues et ingénieurs français, italiens, russes et américains et coordonnée par Patrick Ginot (IRD) et Jérôme Chappellaz (CNRS), a bivouaqué dans des tentes sur le site de carottage. À 4 300 mètres d’altitude, les scientifiques ont ainsi réalisé des forages jusqu’au socle rocheux, pour prélever, mètre après mètre, les trois premières « carottes patrimoines ». Mesurant 126, 128 et 129 mètres, ces carottes ont ensuite été descendues et stockées à Grenoble, dans un entrepôt frigorifique. L’une d’entre elles sera analysée en laboratoire pour affiner les connaissances d’aujourd’hui et constituer une base de données disponible pour l’ensemble de la communauté scientifique mondiale. Les deux autres seront acheminées par bateau, puis par véhicules à chenilles sur les hauts plateaux de l’Antarctique, probablement en 2020, pour être conservées à la base scientifique Concordia.
Que peut-on apprendre du Col du Dôme ? Les précédentes opérations de forage conduites au Col du Dôme avaient déjà révélé le potentiel exceptionnel de ce site pour reconstituer l’évolution de l’environnement climatique et atmosphérique à l’échelle européenne. Ces forages avaient par exemple mis en évidence une nette augmentation des émissions de dioxyde de soufre entre 1925 et 1980, provenant des pays entourant l’arc alpin (soufre contribuant aux « pluies acides » sur l’Europe).
Des conclusions similaires ont pu être établies grâce aux profils de nitrate indiquant l’augmentation des émissions d’oxydes d’azote liées aux activités agricoles de ces mêmes régions. Grâce à ces reconstructions de l’évolution de la pollution atmosphérique, des inventaires d’émission ont ainsi pu être mis à jour et engendrer des politiques régionales visant à limiter les émissions de certains polluants d’origine humaine. Les analyses sur la carotte prélevée en août 2016 viendront prochainement compléter ces informations.

Forage des carottes de glace sur le mont Illimani en Bolivie.

• Sur le glacier de l’Illimani
La dernière expédition de carottage patrimoine s’est tenue en juin 2017 en Bolivie, sur le glacier de l’Illimani. Culminant à 6 432 mètres d’altitude, le glacier de l’Illimani se situe à la frontière entre le bassin humide amazonien et le plateau aride bolivien, juste au-dessus de la capitale bolivienne, La Paz. Suivant les saisons, l’Illimani est influencé par des masses d’air provenant principalement de l’Amazonie, mais aussi du côté aride de la Cordillère des Andes et de La Paz. Ce site enregistre ainsi une multitude d’informations, de sources différentes : évolution des précipitations, feux de végétation (côté amazonien), émissions d’origine humaine, pollution urbaine (côté « Altiplano »). Deux mètres de neige s’accumulent chaque année sur le site de forage, ce qui permet de reconstruire ces informations avec une résolution très fine. Avec 140 mètres de profondeur et un écoulement réduit du glacier, le site préserve jusqu’à 18 000 ans d’archives climatiques et environnementales. Son étude permet donc de reconstituer le passé de cet environnement jusqu’au dernier maximum glaciaire.
En février 2017, la totalité de l’équipement – un carottier, 75 caisses isothermes, le matériel de campement – a été chargée dans un conteneur frigorifique depuis l’Institut de géosciences de l’environnement (CNRS/IRD/UGA/Grenoble INP) à Grenoble. Ces 30 m3 de matériel sont arrivés un mois plus tard à La Paz, après un voyage de plus de 10 000 km par bateau. Le conteneur frigorifique sert à stocker au froid les échantillons à La Paz pendant l’opération, puis à rapatrier les caisses isothermes en France (5-6 semaines de transport). L’altitude élevée du glacier constitue la principale difficulté du forage : le transport de l’équipement au sommet de l’Illimani s’avère impossible par hélicoptère. Tout le matériel a donc été acheminé grâce à une quinzaine de guides et porteurs boliviens (30 kg chacun). Pour faire face aux difficultés physiologiques liées à l’altitude, deux équipes de 6 à 8 personnes (Français, Russes, Brésiliens, Américains et Boliviens) doivent se relayer pour réaliser les carottages.
Les chercheurs de l’IRD étudient le glacier de l’Illimani depuis près de 20 ans, en collaboration avec leurs partenaires boliviens de l’Université Mayor de San Andrés (UMSA), brésiliens et suisses. Un premier forage profond a été réalisé en 1999, montrant le fort potentiel de ce site et retraçant l’histoire du glacier entre les années -18 000 et 1999. Ce forage a également permis de mesurer le profil de température du glacier, révélant l’impact du réchauffement climatique et les risques de perte d’informations enregistrées dans ces strates de glace. Depuis, d’autres forages courts (notamment en 2009) ont permis de préciser l’évolution du glacier entre 1985 et 2009.

Spécimen de carottes de l’Illimani.

• Concordia
Les carottes de glace prélevées lors des expéditions IceMemory seront stockées, à partir de 2020 (objectif), à la station franco-italienne Concordia, sous la responsabilité conjointe de l’IPEV et du PNRA. Concordia est située à 3 233 mètres d’altitude sur le haut plateau antarctique (à 1 100 km de la côte la plus proche et à 2 500 km du pôle Sud géographique). La température moyenne y est de -54 °C, descendant jusqu’à -84 °C en hiver. Malgré l’éloignement et l’isolement de ce site, la chaîne logistique existante et la grande stabilité de la température à 10 mètres de profondeur dans le névé (de l’ordre de -54 °C, obtenue naturellement tout au long de l’année), en font un lieu de stockage idéal des échantillons de glace pour la sauvegarde des archives du climat.
Achevée en 2005, Concordia est la 3e station permanente sur le continent Antarctique, aux côtés des stations Scott-Amundsen au pôle Sud (États-Unis) et Vostok (Russie). Elle est conçue pour permettre à 14 personnes de vivre totalement isolées du reste du monde pendant les neuf mois de l’hiver austral. En été austral (entre novembre et février), la station accueille jusqu’à 60 personnes en moyenne.
Le ravitaillement de la station se fait pour l’essentiel par convois terrestres, qui transportent depuis la base française Dumont d’Urville tous les matériels, nourriture et combustibles nécessaires à la vie sur place. Les personnels sont transportés en avion, soit depuis la base italienne Mario Zucchelli, soit depuis Dumont d’Urville.
Concordia a été conçue, construite et est gérée conjointement par la France et l’Italie. L’Institut polaire français Paul-Emile Victor (IPEV, l’agence nationale de moyens et de compétences au service de la recherche scientifique française en région polaire) et le Programma nazionale di ricerche in Antartide (PNRA, consortium réunissant le ministère de la Recherche italien, l’ENEA et le CNR), sont les opérateurs de la station. Ils sont responsables du déploiement des programmes scientifiques à Concordia.
En 1995, le programme européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) s’est déroulé sur le site de Concordia et a permis d’effectuer un forage atteignant 3 260 mètres de profondeur, retraçant ainsi l’histoire du climat sur 800 000 ans. La logistique de ce projet de grande envergure a été portée à la fois par l’IPEV et le PNRA. Fortes de cette expérience et de leur connaissance de la construction en milieu isolé et dans des conditions extrêmes, les deux agences sont les mieux placées pour réaliser ce site de stockage alors que la chaîne logistique déjà en place permettra le transfert des carottes en toute sécurité, depuis la France et l’Italie notamment.
Située à proximité de Concordia, la zone de stockage de la mémoire des glaces occupera une surface équivalente à une vingtaine de containers de 20 pieds, soit environ 300 m2. Elle propose des solutions aux grands défis du projet :
– Stabilité de la température : pour garantir une température stable et largement négative, des conditions nécessaires à la préservation optimale des échantillons, la cave sera enfouie dans la neige à dix mètres de profondeur sous la surface.
– Pression exercée sur la cave : l’édifice doit résister à la pression provoquée par son enfouissement progressif par l’accumulation de neige en surface sur des durées de plusieurs décennies a minima.
– Durée de stockage envisagée : la cave doit permettre plusieurs décennies de stockage et intégrer des possibilités d’extension en fonction des besoins.
– Organisation : l’organisation de la cave doit faciliter les accès aux échantillons de glace. Des ateliers et des zones de manutention seront prévus en dehors de la zone de stockage pour les prélèvements et travaux de découpage.
– Conservation : pour garantir la stabilité de l’environnement de stockage, les accès futurs seront limités car toute intervention génère de la condensation et du givre.
– Sécurité des personnes : ces températures dans un milieu confiné nécessitent d’optimiser les possibilités d’intervention pour évacuer une personne en difficulté.
– Sécurité des échantillons : l’isolement extrême du site rend très faciles la protection de la cave et la gestion des accès.

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