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Des glaciologues grenoblois mettent en évidence le rôle de l'Océan austral dans le cycle du carbone

Recherche, Sciences de l'Environnement

Un nouveau regard sur l'augmentation du CO2 atmosphérique

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Depuis près de deux décennies, les glaciologues tentent de mesurer dans les carottes de glace l'évolution du rapport des isotopes stables 13C et 12C du carbone constituant le CO2 atmosphérique, afin de mieux comprendre les mécanismes responsables de l'augmentation de près de 40% de ce gaz à effet de serre durant une transition climatique glaciaire-interglaciaire. Aujourd'hui, des glaciologues du Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE) de Grenoble ont enfin mis en évidence ce signal de très faible amplitude.

Depuis le début des années 80, les travaux des glaciologues ont permis de documenter l'évolution temporelle de la concentration de l'atmosphère en gaz à effet de serre, en analysant le contenu des petites bulles d'air piégées en profondeur dans les grands glaciers de l'Antarctique et du Groenland. Progressivement, sur 800 000 ans d'histoire, ce sont huit cycles climatiques caractérisés par la succession d'une glaciation et d'une période chaude, qui ont pu être décrits. Ils montrent tous une forte corrélation entre climat et concentration en gaz à effet de serre.

Toutefois, si les mécanismes conduisant l'évolution naturelle du climat à accroître la quantité de CO2 dans l'atmosphère interglaciaire sont connus qualitativement, ils sont sujets à large débat quantitativement. Il est donc nécessaire d'apporter d'autres éléments de preuve que la seule évolution temporelle du CO2 atmosphérique si l'on souhaite expliquer comment cette concentration a pu augmenter de ~80 à ~100 ppmv (millionièmes de l'atmosphère) lors des changements climatiques passés. L'une d'entre elles consiste à mesurer le rapport des isotopes stables 12C et 13C constituant la molécule de CO2. En effet, les processus impliqués dans les échanges de CO2 entre l'atmosphère, la biosphère terrestre et les océans possèdent des signatures isotopiques spécifiques. Si leur contribution au cycle du CO2 évolue, la composition isotopique du carbone du CO2 atmosphérique évoluera également.

À ce jour, seules deux études internationales publiées en 1992 et 1999 avaient commencé à lever le voile sur ce signal très recherché. Pour relever ce défi, les chercheurs du Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement de Grenoble (LGGE) ont tout d'abord mis au point  un nouveau système d'analyse capable de mesurer le rapport des isotopes stables 12C et 13C à partir de seulement quelques dizaines de grammes de glace polaire. Leurs analyses ont ensuite porté en priorité sur la dernière transition glaciaire-interglaciaire, entre moins 18 000 ans et moins 10 000 ans, en s'appuyant sur la glace du forage européen EPICA conduit à la station Concordia en Antarctique.

Avec une résolution temporelle cinq fois supérieure à celle de l'étude précédemment conduite par des chercheurs américains, leur nouvel enregistrement révèle une structure en « W », les branches descendantes de ce « W » accompagnant les phases d'augmentation les plus importantes du CO2 durant la déglaciation. Le pic central du « W » est en revanche associé à une phase de stabilisation de la concentration en CO2 dans l'atmosphère.

En collaboration avec des chercheurs du Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE ) et de l'Institut Alfred-Wegener (AWI - Bremerhaven, Allemagne), les chercheurs grenoblois ont ensuite comparé ces données originales avec de nombreux enregistrements en domaine océanique. Ils concluent que le mécanisme responsable de la plus grande part de l'accroissement du CO2 durant la dernière déglaciation réside dans l'augmentation des échanges entre les eaux de surface et les eaux profondes de l'océan austral, rompant la stratification de cet océan en conditions glaciaires. La relative stabilité du CO2 en milieu de déglaciation reflèterait une phase de croissance de la biosphère continentale, captant du CO2 et laissant alors le gaz carbonique résiduel de l'atmosphère relativement enrichi en isotope « lourd » 13C.

Ses travaux devraient largement stimuler les modélisations en cours, exercices nécessaires pour mieux évaluer les modèles climatiques. Ils mettent également en exergue l'océan austral comme un élément essentiel du cycle du carbone, élément susceptible de contribuer à nouveau à augmenter le CO2 dans le futur comme il a pu le faire il y a moins de 18 000 ans.

Ce travail a bénéficié en France du soutien de l'Institut polaire Paul-Emile Victor, de l'Agence nationale de la recherche (projet PICC), de l'Institut national des sciences de l'Univers (projet INSU-QUEST DESIRE), ainsi que des soutiens européens du projet FP6 EPICA-MIS et du réseau Marie-Curie RTN Greenecycles.


Référence :
Lourantou A., Lavri J.V., Köhler P., Barnola J.M., Michel E., Paillard D., Raynaud D. and Chappellaz J., (2010). Constraint of the CO2 rise by new atmospheric carbon isotopic measurements during the last deglaciation, Global Biogeochemical Cycles, Vol. 24.


Mise à jour le 27 octobre 2015

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