Forer la glace la plus ancienne de la Terre
Quelque part sous les glaces de l'Antarctique, à plusieurs kilomètres de profondeur, se trouve de la glace formée il y a plus d'un million d'années. Cette glace contient des bulles d'air emprisonnées lors de sa formation — des bulles qui renferment des échantillons de l'atmosphère terrestre de l'époque, avec leurs concentrations exactes en dioxyde de carbone, en méthane et en autres gaz. Forer jusqu'à cette glace et en extraire des carottes intact est l'une des entreprises scientifiques les plus ambitieuses et les plus physiquement exigeantes jamais conduites.
Les carottes de glace polaire sont les archives climatiques les plus complètes que la nature ait enregistrées. Elles ont transformé notre compréhension des cycles glaciaires de la Terre et de la relation entre concentration atmosphérique en gaz à effet de serre et température globale. Aujourd'hui, une nouvelle génération de forages vise à atteindre une glace encore plus ancienne — un million et demi d'années — pour comprendre pourquoi les cycles glaciaires ont changé de rythme il y a environ 900 000 ans.
Comment une carotte de glace enregistre le passé
La glace des calottes polaires se forme couche par couche, chaque année apportant une nouvelle accumulation de neige qui comprime les couches précédentes. Dans les couches supérieures, la neige reste poreuse et en communication avec l'atmosphère. À mesure que la glace s'approfondit et que la pression augmente, les pores se ferment et l'air qu'ils contiennent reste piégé sous forme de bulles. Plus profond encore, sous la pression de plusieurs centaines de mètres de glace, ces bulles se transforment en hydrates de clathrate, où les molécules de gaz sont incorporées dans la structure cristalline de la glace.
L'air ainsi emprisonné peut être extrait en laboratoire et analysé avec des spectromètres de masse d'une précision extraordinaire. Les résultats révèlent les concentrations atmosphériques en CO2 et en CH4 à l'époque de l'emprisonnement, permettant de reconstruire la composition de l'atmosphère pour des périodes allant bien au-delà des premières mesures instrumentales (qui ne remontent qu'à 1958 pour le CO2, depuis la station de Mauna Loa à Hawaï).
Les grands forages historiques
Le projet EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) a produit la carotte de glace antarctique la plus longue jamais forée à cette date. Réalisé en deux sites — Dôme C (Concordia) et Dronning Maud Land — le forage de Dôme C a atteint 3 270 mètres de profondeur en 2004, atteignant de la glace vieille d'environ 800 000 ans. Cette carotte a révélé huit cycles glaciaires complets avec des détails sans précédent.
Le projet VOSTOK, mené par une équipe russe, française et américaine à la station Vostok en Antarctique, a lui aussi produit une carotte majeure atteignant 3 623 mètres de profondeur, correspondant à environ 420 000 ans d'histoire climatique. C'est cette carotte qui, en 1999, a établi pour la première fois la corrélation directe entre les concentrations en CO2 atmosphérique et les températures reconstituées sur quatre cycles glaciaires complets.
La quête du million et demi d'années
Les forages actuels ou en cours visent à dépasser le million d'années de glace. Le projet "Beyond EPICA — Oldest Ice Core", coordonné par plusieurs institutions européennes, forait en 2025 au site "Little Dome C" en Antarctique, où les modèles de flux de chaleur et d'accumulation suggèrent que de la glace vieille de 1,5 million d'années pourrait être préservée près du socle rocheux.
L'enjeu de ce forage est de comprendre la "Mid-Pleistocene Transition" : la période il y a 900 000 à un million d'années où les cycles glaciaires sont passés d'une périodicité de 41 000 ans (pilotée par l'obliquité de l'axe terrestre) à une périodicité de 100 000 ans (associée à l'excentricité de l'orbite). L'analyse de l'air piégé dans la glace de cette époque devrait révéler si ce changement de rythme est associé à un changement de la concentration atmosphérique en CO2.
Explorez la carte des grands sites de forage glaciaire pour visualiser l'emplacement des stations de recherche polaires et des projets de carottage en cours.
Les défis techniques du forage profond
Forer à travers plusieurs kilomètres de glace est un défi technique considérable. La glace se déforme sous la pression et peut pincer le foret si la pression d'un fluide de remplissage n'est pas maintenue dans le trou. Les fluides de forage utilisés — kérosène ou alcools spéciaux — doivent avoir exactement la même densité que la glace à chaque profondeur pour maintenir l'équilibre des pressions.
Les températures en fond de forage atteignent des valeurs très négatives dans les zones de forte accumulation (de l'ordre de -55°C au Dôme C), mais remontent vers le point de fusion à la base dans les zones de flux géothermique élevé. Une glace basale fondue, si elle contient de l'eau liquide, peut contaminer les archives gazeuses des couches supérieures — un des défis majeurs de l'interprétation des carottes profondes.
Ce que les carottes ont déjà appris à la science
Les carottes de glace polaires ont apporté plusieurs des résultats les plus fondamentaux de la paléoclimatologie. Elles ont établi que les concentrations actuelles en CO2 atmosphérique (autour de 420 ppm en 2024) n'ont pas été atteintes depuis au moins 800 000 ans, et probablement depuis plusieurs millions d'années. Elles ont montré que les transitions entre périodes glaciaires et interglaciaires peuvent être très rapides à l'échelle géologique — quelques milliers d'années — et qu'elles sont amplifiées par les rétroactions climatiques des gaz à effet de serre.
Ces résultats sont au cœur des modèles climatiques qui prévoient l'évolution du climat terrestre au cours du XXIe siècle et au-delà, faisant des carottes de glace un outil scientifique d'une valeur inestimable pour comprendre notre avenir climatique.