Mission belge Antarctique 2018

Catégorie : Observations durant la campagne (Page 1 of 2)

Comment forons-nous une carotte de glace en Antarctique?

Par Jean-Louis Tison

Pour répondre à cette question, vous devez d’abord connaître la longueur (et pour cela l’intervalle temporel) de la carotte de glace que vous souhaitez extraire de la calotte.

Si vous n’êtes intéressé que par une carotte de quelques dizaines de mètres de long, par exemple pour étudier les propriétés de la neige et du névé (transition de la neige à la glace), vous pouvez utiliser un système simple et léger, entraîné manuellement ou avec un petit moteur au sommet.

À l’autre extrême, si vous souhaitez récupérer 3 000 mètres de glace, jusqu’au fond de la calotte glaciaire, couvrant une période de 800 000 ans, vous devez rassembler tous vos amis à l’étranger (et beaucoup d’argent !) pour un programme de carottage international pouvant durer plus de 5 ans (5 ans correspondent à 5 étés sur le terrain).

Dans ce cas, la perceuse est beaucoup plus complexe et est envoyée dans le trou avec le moteur au-dessus du baril de forage, qui est constitué d’un récipient extérieur (tube) pour collecter les copeaux dus à la coupe de la glace et d’un récipient intérieur pour recueillir la carotte. Au fond de ce dernier se trouve la tête de forage qui, équipée de 2-3 couteaux, creuse un trou en forme d’anneau, isolant ainsi la carotte de la couche de glace.

Les copeaux dus à la coupe sont poussés vers le haut par une « vis d’Archimède » à l’extérieur du tube interne où la carotte est récupérée. Les copeaux, maintenus dans le tube extérieur, sont donc poussés vers le haut pour aboutir dans le récipient supérieur. Lorsque le forage atteint 5 mètres, les tubes sont pleins et la perceuse est ramenée à la surface, les copeaux sont vidés du récipient supérieur et la carotte de glace est récupérée du tube interne.

Tout est contrôlé depuis la surface par un ordinateur connecté au moteur de la perceuse par des câbles électriques rassemblés dans un câble métallique. Quand la glace est atteinte (à environ 100 m de profondeur), le forage est effectué dans un liquide de forage légèrement plus dense que la glace, afin d’éviter que le trou ne se referme d’une année à l’autre (en effet, la glace se déforme sous son propre poids et ferme le trou !). Ce liquide de forage évite également que la perceuse provoque des dommages mécaniques à la carotte lorsque la pression de la glace devient trop importante par rapport à la pression atmosphérique dans le trou.

Pour des profondeurs intermédiaires, comme sur nos sites Mass2Ant (carotte de 300 m, couvrant une période de plusieurs siècles), nous utilisons une version allégée du système de forage en profondeur : la perceuse Eclipse (fabrication canadienne). Comme l’an dernier la qualité des carottes se dégradait à partir de 100 m de profondeur, nous utiliserons une version du système de « forage mouillé » pour la première fois cette année ! Croisez les doigts et attendez les photos de cette année !

En attendant, quelques photos de l’année dernière !

(photos: T.J. Young and Emmanuel Potvin)

La tête de forage avec 3 couteaux, en rotation

Extraction du tube interne (contenant la carotte) du tube extérieur. Dans cette version légère, il n’y a pas de chambre de récupération des copeaux de glace. Les copeaux atteignant le haut de la spirale tombent au sommet de la carotte à l’intérieur du tube interne.

Une bonne carotte…

 … et une mauvaise carotte (cassée) !

La tranchée de carottage et les spécialistes d’Eclipse (Emmanuel et Etienne).

Que nous apprennent les carottages de glace? Le Paléo-thermomètre

par Jean-Louis Tison

Une des informations les plus fondamentales que nous pouvons extraire des carottages de glace est la température qui existait lorsque la neige se déposait à la surface de la calotte polaire. Aujourd’hui, nous allons tenter de mieux comprendre le principe de ce « thermomètre du passé » (Paléo-thermomètre).

Un petit rappel de chimie de base (Haaa, le bon vieux temps de l’école secondaire !) : La glace, c’est de l’eau solide (H2O). Elle est constituée d’un assemblage d’atomes d’Oxygène et d’Hydrogène. Les atomes sont caractérisés par un noyau, formé de protons et de neutrons, et d’électrons qui gravitent autour du noyau. Le nombre de protons (nombre atomique) dans le noyau détermine le nom de l’atome. L’oxygène a 8 protons dans son noyau et l’hydrogène seulement 1 proton. Cependant, il existe différentes versions de l’atome d’oxygène et d’hydrogène, en fonction du nombre de neutrons présents dans le noyau. Moins de neutrons dans le noyau rendront l’atome plus léger, plus de neutrons rendrons l’atome plus lourd. Nous appellerons ces différentes versions d’un même atome des « isotopes ».

Une molécule d’eau contenant des isotopes plus légers de l’oxygène sera plus légère qu’une molécule d’eau contenant des isotopes plus lourds de l’oxygène. La Nature a tellement bien fait les choses pour les scientifiques qu’il existe une relation simple (linéaire) entre la température à laquelle la neige s’accumule à la surface de la calotte glaciaire et la proportion de molécules d’eau lourdes et légères dans la neige : Plus basse sera la température, plus importante sera la proportion de molécules d’eau légères dans la neige et vice-versa. Ceci est illustré dans la Figure 1 pour l’Antarctique et le Groenland. Les scientifiques quantifient la proportions d’isotopes légers et lourds dans les molécules d’eau par le symbole d18O (pour l’oxygène, ou la version lourde la plus abondante est 18O, comparée à l’isotope léger dominant 16O). Quand d18O est négatif, l’échantillon de neige (ou de pluie) contient moins d’isotopes lourds de l’oxygène que la “référence”, qui est de l’eau océanique standard (la plus abondante à la surface de la Terre), et vice versa. Donc, en bref, plus la valeur d18O de la neige est négative, plus basse est la température quand la neige tombe à la surface de la calotte

glaciaire, et cette relation est linéaire (voir Figure 1). Le même sera vrai pour d2H (aussi écrit dD, D pour Deutérium, la version lourde de l’hydrogène qui comporte deux neutrons dans son noyau).

Figure 1 : la relation linéaire entre le d18O (or dD) de la neige et la température de l’air quand elle tombe à la surface de la calotte glaciaire.

Pour chaque couche successive de notre carotte de glace, nous pouvons donc mesurer la proportion d’isotopes lourds et d’isotopes légers de l’oxygène (d18O) et/ou de l’hydrogène (dD) dans la neige (devenue glace) pour reconstruire la température qui existait au moment où cette couche de neige était à la surface de la calotte. C’est le principe du paleo-thermomètre.

La beauté de la chose, c’est que cela fonctionne à toutes les échelles de temps : par exemple, nous verrons clairement la différence entre une période glaciaire (très froide, avec des valeurs très négatives de d18O ou dD) et une période interglaciaire (très chaude avec des valeurs beaucoup moins négatives de d18O ou dD), sur de longues échelles de temps (e.g. 100000 ans). Mais pas seulement !….nous pourrons également discriminer les chutes de neige d’été (plus chaud) et d’hiver (plus froid) de chaque année. Ce fait est crucial, car il va nous permettre de « compter les années », et ainsi de dater la carotte de glace à partir de ces fluctuations saisonnières du signal des isotopes stables de l’eau (d18O ou dD), comme on peut le voir sur la Figure 2.

En mesurant l’épaisseur de glace qui existe entre deux pics (ou deux creux) du signal saisonnier de d18O ou dD nous serons capables de reconstruire l’histoire l’intensité des chutes de neige annuelles à la surface de la calotte antarctique au cours des derniers siècles, un des buts principaux du projet Mass2Ant, comme vous l’avez maintenant bien compris !

Figure 2 : Un exemple de profils du d18O (courbe noire )et dD (courbe bleue claire) entre 20 et 30 m dans la carotte du Derwael Ice Rise, au voisinage des lieux de carottage du projet Mass2Ant (Philippe et al., 2015). Cet intervalle de profondeur couvre 10-11 ans d’accumulation, comme le montrent les fluctuations saisonnières des isotopes stables de l’eau (d18O.et dD)…”Rendez-vous” dans l’un de nos prochains blogs pour comprendre la signification des autres profils sur la figure!

Qu’apprenons-nous des carottes de glace ? : Une introduction à une série

Ecrit par Jean-Louis Tison

Les carottes de glace sont la mémoire de notre climat. Elles ne sont cependant pas les seules… Il est possible de connaître le climat passé grâce aux sédiments des océans, aux coraux, aux stalactites dans les grottes, aux dépôts lacustres (dans les lacs), aux dépôts de tourbe et à beaucoup d’autres (voir la Figure 1). Toutes ces archives ne donnent en revanche pas les mêmes informations. Aussi, certaines sont datées facilement (un must pour une archive évidemment !) et d’autres moins.

Figure 1 : Un bon résumé des nombreuses archives pouvant être utilisées pour documenter l’histoire du climat et de l’environnement. Ces archives ne prodiguent pas toutes la même quantité d’information.

Les carottes de glace sont extrêmement riches en information, comme vous le découvrirez ici et dans d’autres postes. Elles peuvent donner un enregistrement très détaillé du climat et de l’environnement sur quelques dizaines de milliers d’années. Cependant, jusqu’à maintenant, elles ne remontées dans le temps que jusqu’à moins d’un million d’années, à cause de l’accumulation de neige qui se transforme en glace lorsqu’elle est lentement enterrée dans la calotte glaciaire, qui se déforme sous son propre poids et qui s’écoule à la fois vers le bas – vers le substrat rocheux – et vers l’extérieur – vers l’océan. Ces processus réduisent tellement l’épaisseur de la glace qu’il n’en reste pas après cette limite d’âge. Actuellement, la glace la plus ancienne datée dans une carotte de glace remonte à 800 000 ans. Cependant, un nouveau projet financé par l’Union Européenne a pour objectif de trouver une glace âgée de plus de 1.5 million d’années en Antarctique, et ce nouveau projet de carottage sera le prochain défi des décennies à venir. D’autres pays se sont aussi engagés dans ce challenge : la Russie, l’Australie, le Japon…

Dans notre projet Mass2Ant, comme vous le savez déjà, nous nous concentrerons plutôt sur ces derniers siècles, pour documenter la transition du climat vers cette nouvelle période géologique que certains de nous nomment l’Anthropocène : la période où le climat semble de plus en plus sous l’influence de l’Humanité (principalement depuis la révolution industrielle).

Une archive climatique, comme les carottes de glace, fonctionne toujours de la même manière : on mesure une variable/propriété dans le milieu (la glace par exemple), ce qu’on appelle un « proxy », pour en tirer une information sur une variable climatique ou environnementale (températures, précipitations, vents, contenu de l’atmosphère en gaz à effet de serre etc…). La Figure  ci-dessous liste certaines de ces informations que l’on déduit des carottes de glace.

Restez avec nous et vous en apprendrez plus sur les importantes de ces propriétés au fur et à mesure de notre carottage !

Retour à la station Princesse Elisabeth

Par Hugues Goosse

Nous avons maintenant quitté définitivement notre camp sur le promontoire de glace que nous avons baptisé T-Ice Rise (TIR), pour Tison Ice Rise. Nous l’avons annoncé à notre scientifique en chef, dont c’est sans doute la dernière mission en Antarctique, lors de notre dernière soirée sur le site.

Le choix d’une dénomination officielle pour un endroit en Antarctique dépend d’une commission spécifique. C’est donc compliqué et prend beaucoup de temps mais pour nous cela restera le TIR.

Jean-Louis prêt de la tour en bois qui protège le trou de forage et qui sera enlevée l’année prochaine pour effectuer de nouvelles mesures

Le démantèlement du camp a été un peu plus perturbé que prévu car une tempête a sévi durant les derniers jours. Elle était moins sévère que celle qui nous a touché fin 2018 mais, durant le démontage de la tente de forage, il a fallu toute l’expertise de nos accompagnateurs et une implication de tout le groupe pour éviter qu’elle ne s’envole. Si le vent s’était engouffré dans la toile, il aurait suffi de quelques secondes pour qu’elle soit emportée …

La logistique et l’organisation en Antarctique sont pleins de surprise. Nous étions sensés quitter le camp le 12. Après un report au 14 et une annonce pour la nuit du 12 au 13 nous somme finalement partis le 13 au soir.

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Comment trouver son chemin en Antarctique?

Par Hugues Goosse and Sainan Sun

Les seules routes en Antarctique sont les chemins tracés par le passage des chasse-neige, tracteurs ou des moto neiges. Même si ils sont parfois indiqués par des piquets, ils sont souvent recouverts par la neige.

Bien sûr, aucun panneau indicateur ne vous donne la direction. En dehors des endroits fréquentés, comme entre une base et sa piste d’atterrissage, vous ne devez donc pas trop compter sur eux.

La topographie est souvent assez plate. Aucun bâtiment ou changement de végétation ne peut vous servir de point de repère pour trouver votre chemin.

Le chemin suivi par les chasse-neiges au départ de la base aérienne de Novo

Le chemin suivi par les chasse-neiges au départ de la base aérienne de Novo

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260.1 m !

Par Hugues Goosse

Notre séjour sur le terrain touche maintenant à sa fin. Le forage a atteint ce jeudi matin la profondeur finale de 260.1 m. La qualité de la carotte de glace est excellente sur toute la longueur grâce à l’utilisation du fluide de forage.

La dernière carotte de glace de cette saison.

La dernière carotte de glace de cette saison.

Nous avons donc dépassé la profondeur de 208 m atteinte l’année dernière. De plus, cette carotte de la glace était de mauvaise qualité en dessous de 100 m à cause d’un forage à sec.

Nous avons réalisé plus de mesures radars de la neige que prévu et calculé précisément la position de nombreux piquets en bambous que nous avons plantés près du camp. Certaines zones ressemblent presque à des forêts de bambous maintenant !

Le piquet de bambou dont la position a été mesurée avec précision par GNSS et qui restera dans la neige jusque l’année prochaine.

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Mesures dans le trou de forage de la glace: température et televiewer optique

Par Mana Inoue

Un des rôles de Sarah et moi pendant la campagne est de réaliser dans le trou de forage les mesures de température et celles avec le téléviewer optique (OPTV). L’OPTV est une sorte de caméra qui filme et analyse les différentes couches de glace.

L’enregistrement de la température en fonction de la profondeur nous renseigne sur le bilan énergétique passé de la calotte de glace. L’OPTV nous donne une idée du profil de densité de la glace dans le trou de forage.

Mesures avec l’OPTV dans le trou de forage (à l’avant plan) qui donne l’impression d’aller à la pèche sur un lac gelé.

Mesures avec l’OPTV dans le trou de forage (à l’avant plan) qui donne l’impression d’aller à la pèche sur un lac gelé.


En comparant des mesures réalisées durant deux années successives, l’OPTV permet aussi de mesurer l’amincissement en fonction du temps des couches de neige et de glace sous le poids de la neige qui s’accumule à la surface.

Comment réalise-t-on ces mesures ? La méthode est similaire pour la température et l’OPTV. Nous descendons lentement une sonde de température ou l’OPTV dans le trou de forage et enregistrons ce que la machine nous dit.

Cela veut dire qu’il n’y a pas beaucoup de mouvement physique durant les mesures. Et quand on ne bouge pas, on a froid rapidement. Pour au moins se protéger du vent, nous nous installons dans une tente pendant les observations. En conséquence, nous avons l’air de faire de la pèche sur un lac gelé !

Nous ferons des analyses additionnelles sur les données quand nous serons rentrés dans notre laboratoire. Attendez-vous à des résultats intéressants !

/ Image fournie par la caméra de l’OPTV.

Image fournie par la caméra de l’OPTV.

De quoi avez-vous besoin pour une campagne d’observation en Antarctique ?

Par Hugues Goosse

La première chose à laquelle on pense est probablement l’équipement scientifique nécessaire pour réaliser les mesures. Si cet équipement est léger il peut être emporté comme bagage lors de votre venue en avion mais plus généralement il fait partie du cargo acheminé séparément ou est stocké à la station.

Le deuxième élément et sans doute vos affaires personnelles comme des vêtements chauds, votre appareil photo, l’ordinateur pour analyser les données, etc.

Cependant, un aspect majeur du problème, qui nécessite beaucoup de temps, de travail et un budget important, est la logistique. Tout est plus compliqué en Antarctique et doit donc être bien préparé et organisé.

Les containers avec le matériel, le container frigorifique pour le stockage des carottes et la tente de forage.

La Fondation Polaire Internationale (IPF) est responsable des opérations à la station Princesse Elisabeth. Cela veut dire qu’ils sont en charge de gérer et organiser le travail à la station elle-même mais aussi les activités scientifiques reliées à la station.

Cela commence par la préparation de la mission scientifique, par exemple en réalisant le suivi médical des participants ou en réservant les vols vers l’Afrique du Sud et ensuite l’Antarctique.

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Mesures de la neige

Par Nander Wever

Dans des billets précédents, nous avons expliqué au combien la neige était importante pour le bilan de masse de l’Antarctique. Pendant la campagne, nous avons analysé régulièrement la structure de la neige.

Nous sommes particulièrement intéressés par la densité. La méthode classique consiste à creuser des puits dans la neige et à mesurer la densité à différentes profondeurs. Cependant, creuser ces puits prend beaucoup de temps et ne donne que des informations ponctuelles.

Nous savons que la neige en Antarctique est particulièrement variable. Il n’y a pas que des différences entre la côte et le plateau central. Même sur un mètre, la neige peut être très différente à cause de l’érosion du vent et de la déposition.

Pour pouvoir faire rapidement un grand nombre de mesures et étudier la micro-structure de la neige, nous avons utilisé un instrument appelé SMP (Snow Micro Penetrometer). Nous avons fait des mesures aussi souvent que possible.

Nander analysant la neige avec le SMP pendant un arrêt de notre convoi vers le site de mesures. La photo montre aussi combien la couverture de neige est variable dans la région.

Nander analysant la neige avec le SMP pendant un arrêt de notre convoi vers le site de mesures. La photo montre aussi combien la couverture de neige est variable dans la région.

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Pourquoi et comment fait-on un sondage radar à la surface de l’Antarctique ?

Par Sainan Sun

L’intérieur du continent Antarctique est couvert par de la glace, jusqu’à 4000 mètres d’épaisseur, accumulée sur des millénaires. Sur le long terme, la glace est compressée en couches et il est possible de tirer des informations sur le climat passé à partir de ces couches.

La structure interne et les propriétés de la glace ainsi que ses propriétés basales sont donc intéressantes pour la glaciologie et la climatologie. Le sondage radar de la glace est dès lors un outil très utile pour l’étude des glaciers et des calottes glaciaires et est actuellement largement utilisé pour étudier l’Antarctique.

Les techniques de sondage radar sont basées sur la propagation d’une onde électromagnétique à travers la glace. Un système radar contient un générateur d’ondes, une antenne de transmission et une antenne de réception.

Le transmetteur envoie un pulse vers le bas, qui est partiellement réfléchi sur les discontinuités et retourne vers la surface où les signaux sont détectés par le receveur.

Schéma d’un protocole de mesure radar où le transmetteur (TX) et le receveur (RX) sont déplacés en gardant la même distance entre eux à la surface du glacier.

Schéma d’un protocole de mesure radar où le transmetteur (TX) et le receveur (RX) sont déplacés en gardant la même distance entre eux à la surface du glacier.

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