Influence du métamorphisme sur la densification du névé et le processus de fermeture des bulles d’air dans la glace

Les carottes de glace constituent des archives exceptionnelles du climat et de la composition atmosphérique du passé, grâce à la richesse des indicateurs indirects enregistrés dans les phases glace et gaz. Aujourd’hui, ils présentent des enregistrements continus et à haute résolution au cours des 800 000 dernières années, mais leur datation est compliquée pour les périodes plus vieilles que les derniers 100 000 ans.

Les observations expérimentales montrent que l’insolation estivale reçue à la surface de la calotte glaciaire antarctique influe sur la composition de l’air emprisonné dans des bulles de glace. Des bulles de glace se forment à environ 60 – 110 m de profondeur sous la surface de la neige lorsque celle-ci est suffisamment densifiée sous son propre poids. La relation empirique entre l’insolation estivale et la composition des bulles d’air emprisonnées dans les carottes de glace est à la base de la datation des carottes profondes via la correspondance effectuée classiquement entre d’une part les variations de contenu en air ou de rapport O2/N2 dans les bulles de carottes de glace et d’autre part les courbes d’insolation calculées à partir de paramètres orbitaux. Cependant, le mécanisme liant l’insolation reçue à la surface de la calotte glaciaire au processus de piégeage des bulles d’air qui se produit plusieurs siècles plus tard, à environ 100 m de profondeur, n’est pas compris. Bien que l’on sache que l’insolation estivale influe fortement sur le métamorphisme de la neige et donc sur la microstructure de la neige de surface, l’évolution de la microstructure superficielle de la neige au cours du processus de densification de la neige n’est pas connue.

Dans ce projet, nous proposons d’améliorer notre compréhension de l’évolution de la microstructure de la neige avec la profondeur et de son incidence sur les processus de fermeture des bulles à l’aide du modèle détaillé du manteau neigeux Crocus. Crocus est un modèle physique de pointe de l’évolution des propriétés physiques de la neige de surface. Il prend déjà en compte l’évolution de la microstructure de la neige de surface due à l’ensoleillement de la surface. Le modèle a toutefois été principalement mis au point pour l’évolution du manteau neigeux saisonnier et les processus de densification sont très simplifiés et doivent être encore affinés. En utilisant le modèle de manteau neigeux, nous proposons d‘étudier d’abord l’impact des changements d’insolation sur la microstructure de la neige en surface. Le modèle de neige amélioré sera ensuite utilisé pour relier l’évolution de la microstructure de la neige de surface aux propriétés du névé et aux taux de densification. La dernière étape consistera à coupler un modèle de fractionnement à ce modèle de physique de la neige afin de mieux comprendre l’évolution de l’O2/N2 dans les porosités ouvertes et fermées.

Pour soutenir l’effort de modélisation, des observations seront obtenues lors d’échantillonnages pendant deux campagnes en Antarctique. Les propriétés du gaz pendant la fermeture des bulles seront documentées par l’analyse de la teneur en air et du rapport O2 / N2, à la fois dans la porosité fermée et ouverte de la zone de fermeture de la bulle. Les propriétés physiques seront aussi documentées sur la même carotte de glace, grâce à des mesures de densité, de taille de grain, de volume de pores fermés et d’autres paramètres de microstructure (à l’aide de la tomographie à rayons X). Les deux campagnes se dérouleront sur des sites présentant des conditions climatiques de surface différentes en termes de température et de taux d’accumulation, de sorte que les taux de densification de la neige et des névés sont différents sur ces deux sites. Ces analyses porteront notamment sur l‘existence éventuelle de couches dans la zone de fermeture des pores (c’est-à-dire les couches voisines présentant des différences significatives en termes de densité ou de propriétés physiques).

Ce projet fait partie du projet européen ERC ICORDA (déc. 2019 – déc 2024) visant à améliorer les contraintes de datation sur les carottes de glace profonde. Il est également essentiel dans le cadre du nouveau projet européen H2020 «Beyond EPICA», qui a pour objectif de forer puis de dater une carotte de glace de 1,5 million d’années.

 

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