Recherche nivologique dans l'Antarctique

Fig. 1: Antarctique

Le SLF a déjà participé plusieurs fois à des expéditions internationales en Antarctique. Martin Schneebeli du groupe de recherche Physique de la neige étudie dans ce cadre les processus de transformation de la neige antarctique. A l'aide de carottes prélevées dans les névés jusqu'à une profondeur pouvant atteindre 120 mètres, les chercheurs ont reconstruit l'histoire des couches glacées au cours des deux derniers millénaires.

Les neiges d'autrefois

Jusqu'à une profondeur d'un mètre, le manteau neigeux alpin est constitué de neige tombée au cours des derniers jours ou des dernières semaines. En Antarctique, la même épaisseur représente plusieurs années, voire décennies, car il ne neige que très peu dans certaines régions. La neige y est en outre non seulement très pure, mais aussi très ancienne en raison des températures négatives constantes. Elle révèle ainsi plusieurs millénaires d'histoire du continent.

Méthodes de recherche

Les nivologues s'intéressent à nouveau à la surface de la neige de l'Antarctique, car les différentes caractéristiques des carottes dans le névé et la glace ne peuvent être directement expliquées par des données climatologiques. Les expéditions de recherche utilisent différentes méthodes pour mieux comprendre la structure complexe du manteau neigeux antarctique :

Mesures sur le terrain

• Profils de neige (dont certains par transparence) et photographie infrarouge : étude des caractéristiques structurelles (notamment formes et dimension des grains) et de la stratigraphie du manteau neigeux. Pour ceci, Martin Schneebeli et son équipe ont développé au préalable une nouvelle méthode, qu'il a testée pour la première fois en Antarctique. Elle consiste à illuminer un côté du profil de neige avec de la lumière dans le proche infrarouge, invisible pour l'homme, et de le photographier. Ensuite, le profil par transparence est préparé, puis éclairé par une lumière verte. La dimension et la densité des grains peuvent alors être déterminées (fig.2).
• SnowMicroPen: mesure la dureté des couches de neige
• Spectromètre : mesure la réflectivité de la neige et de la glace

Fig. 2: Le nouvel appareil infrarouge NIRTRAN pour mesurer la densité et la taille des grains de neig.

Études en laboratoire

• Tomographie informatique : étude de l'architecture de la neige et de ses caractéristiques thermiques et mécaniques

Expédition hiver 2011/12 (8/12/2011 au 02/02/2012)

La station de base Concordia en Antarctique (cliquer sur l'image pour visualiser la carte en grandes dimensions).

Martin Schneebeli a participé à l'expédition d'un groupe de recherche du Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement (LGGE) situé à Grenoble en France. La plupart du temps, les scientifiques sont restés au camp de base « Concordia », où la France exploite en collaboration avec les Italiens une station de recherche. Ils ont également rendu visite, entre autres, à la station russe « Vostock » et effectué ensuite un raid de recherche mobile pour revenir de Vostok à Concordia.

Fig. 3: Le camp de chercheurs en Antarctique pendant l'hiver 2011/2012

La région est caractérisée par des vents fréquents. La surface de la neige est donc très travaillée. Les « dunes géantes » peuvent atteindre une largeur de plusieurs kilomètres et se forment surtout aux endroits où les précipitations sont rares. Les températures estivales montent jusqu'à -30 à -35 °C, tandis qu'en hiver, elles peuvent descendre à -70 °C. Malgré les très faibles précipitations, la neige se transforme très fortement en cours d'année en dessous de la surface travaillée par le vent. Les formations créées par le vent sont visibles surtout au printemps. En été, les dunes disparaissent et la surface de la neige devient plus lisse. Les raisons de cet état de fait n'ont pas encore été expliquées précisément par la science. Quinze caisses avec des échantillons de neige sont donc en route pour Davos et sont attendues en mai pour subir des analyses tomographiques dans le laboratoire réfrigéré du SLF.

L'équipe de projet

Jérôme Chappellaz (LGGE-CNRS, Grenoble), Olivier Alemany (LGGE-CNRS, Grenoble), Martin Schneebeli (SLF). Le Link présente des informations supplémentaires en français.

Expédition hiver 2010/11 (22 décembre 2010 – 20 février 2011)

Fig. 4: Le camp de recherche de l'expédition 2010/2011 : les tentes jaunes sont des chambres et des toilettes, la tente orange est la cuisine et la tente de réunion.

Martin Schneebeli a accompagné un groupe de recherche de l'Université de Washington, Seattle aux États-Unis pour une expédition en Antarctique. La première étape se trouvait à McMurdo, la plus grande station de recherche et de logistique en Antarctique en été, avec plus de 1000 personnes. Par la suite, un camp de trois semaines en plein coeur du désert glacé a constitué le moment fort du voyage.

Sur la trace des glaciers d'il y a 600 millions d'années (expédition hiver 2010/2011)

Il y a 600 à 800 millions d'années, la terre a été parfois pratiquement totalement couverte de glaciers, qui s'étendaient jusqu'à l'équateur. On appelle cette période « la Terre boule de neige ». Aujourd'hui, il est encore difficile de savoir comment cette glaciation s'est produite lors de l'histoire terrestre, et pourquoi les glaciers ont à nouveau disparu en grande majorité. Le séjour de recherche de l'hiver 2010/2011 a également contribué à trouver des réponses plus précises aux phénomènes de l'ère de la « Terre boule de neige ».

« Bubbly Ice »

« Bubbly Ice » en provenance des Allan Hills. Le disque de glace transparente montre la complexité de la répartition des bulles prisonnières, et la façon dont elles modifient la réflexion.

Pour ceci, l'équipe de chercheurs a étudié ce que l'on appelle la « bubbly ice », une glace claire et transparente renfermant de nombreuses bulles d'air. Comme les glaciers ne peuvent fondre en raison des basses températures, tout en se sublimant dans l'atmosphère très sèche, la surface s'élimine peu à peu, et des glaces de plus en plus anciennes, comme cette « bubbly ice » apparaissent. Les chercheurs supposent que l'albédo (pouvoir de réflexion) de la glace peut avoir quelque chose à faire avec la disparition des glaciers il y a 600 millions d'années. L'objectif principal de cette expédition arctique était donc d'étudier les caractéristiques optiques de cette glace ancienne.

Les chercheurs ont combiné leurs études de la glace avec des analyses du manteau neigeux. En plusieurs points de la glace terrestre, ils ont prélevé des échantillons de neige d'environ 20 cm de long, sur lesquels ils ont versé un liquide à température négative pour pouvoir les transporter à Davos. Là, ils ont été étudiés avec un microtomographe de quelque 20 microns de définition, pour pouvoir reconstruire la structure d'origine de la neige.

L'équipe de projet

Steve Warren (chef de projet), Peter Muellen, Ruzika Dadic, Melanie Fitzpatrick, Regina Carns (tous de l'Université de Washington, Seattle), Martin Schneebeli (SLF)