Précision expérimentale finale

De manière conservative nous pouvons considérer que la concentration moyenne de méthane obtenue sur un échantillon de glace est correcte dans une marge de 10 ppbv (1 sigma). Cette incertitude est suffisamment petite pour nous permettre une exploitation détaillée des données de méthane et dégager les tendances temporelles de ce signal. Cependant, elle ne nous autorisera pas à discuter des variations de méthane inférieures à 20 ppbv (Chapitres IV et V).

Conclusion

Au cours de cette thèse, nous avons mesuré la concentration en méthane et les rapports isotopiques 15N/14N, 40Ar/36Ar, 18O/16O et 86Kr/84Kr dans l’air piégé dans la glace. Au total 788 mesures isotopiques et 239 analyses de la concentration en méthane ont été effectuées grâce à des méthodes expérimentales développées au LSCE, SIO et LGGE.

En particulier, nous avons bénéficié du protocole expérimental pour les mesures des isotopes des gaz rares développé uniquement dans le laboratoire de Jeff Severinghaus. Ces analyses nous permettent d’apporter des informations inédites sur l’épaisseur des zones convectives en période glaciaire dans les forages EPICA (Chapitre III). Au LGGE, la concentration en méthane peut être mesurée de manière routinière grâce à un protocole expérimental semi-automatisé et permettant d’obtenir des précisions de l’ordre de 10 ppbv, ce qui représente moins de 2% environ des concentrations mesurés. Ces mesures sur les enregistrements d’EDML et de NorthGRIP offrent des contraintes stratigraphiques précises dans le cadre de la synchronisation des deux enregistrements glaciaires (Chapitre IV). Cette précision obtenue sur un échantillon de 6 cm de glace permet de produire des mesures à haute résolution sur le fond du forage de NorthGRIP et de mettre ainsi en évidence puis d’interpréter en terme climatique une variabilité multi-décennale de la concentration en CH4 au cours du premier événement rapide, le DO 25 (Chapitre V).

Au LSCE, une partie de nos résultats a été obtenue par le biais d’une nouvelle ligne d’extraction automatique. Nous avons vu que les précisions obtenues sur l’enregistrement de $15N à EDML (0.018‰ et 0.032‰ pour chacune des séries de mesures) ne sont pas aussi bonnes que celles obtenues récemment via la ligne d’extraction manuelle (0.007‰ sur la glace de Berkner Island et 0.008‰ sur la glace de TALDICE) et il semble qu’au cours du

________________________________________________________________________ 70 temps la précision de nos mesures se soit dégradée. S’il est impératif que le protocole expérimental associé à cette ligne et à la mesure via le Delta V soit l’objet d’une nouvelle série de test (comprendre les faibles concentrations en CO2 obtenues, fabrication de nouveaux gaz standards, tester les cannes du multiport), il est également possible d’attribuer en partie cette précision analytique à la qualité même de la glace de EDML. Ces résultats doivent être confirmés par des tests sur de la glace en provenance d’autres sites antarctiques et groenlandais. Nous présentons les nouvelles mesures de $15N effectuées sur TALDICE et Berkner Island dans le Chapitre III.

La précision de nos mesures sur le $O2/N2 et le $18Oatm est à mettre en lien avec le fait qu’une partie de nos échantillons correspond à la zone de transition bulles-clathrates d’une part. D’autre part, dans le cas d’EDML, les échantillons sont probablement affectés par des problèmes liés à la conservation de la glace en chambre froide à -20°C. Dans ce cadre-là, l’enregistrement de $O2/N2 de EDML mesuré sur de la glace constituée uniquement de clathrates doit être complété avant de pouvoir être utilisé pour apporter des contraintes en terme de datation orbitale. Par contre, ces donnés sont utilisées pour corriger les données de $18O de l’effet de la perte de gaz pendant la période de stockage et permettent de diminuer la variance intra-classe des données de $18Oatm de EDML de 0.044‰ à 0.039‰. De façon complémentaire au profil de méthane, le profil de $18Oatm d’EDML sera utilisé en tant que traceur atmosphérique global et associé au profil de $18Oatm acquis par Amaëlle Landais à NorthGRIP dans le but de synchroniser les deux enregistrements glaciaires (Chapitre IV).

Finalement, ces mesures nous permettent d’apporter des informations sur des thématiques aussi variées qu’étroitement liées que sont (i) les processus physiques dans les névés polaires (Chapitre III), (ii) la datation des archives glaciaires (Chapitre IV) (iii) la reconstitution paléoclimatique (Chapitre V). De plus, ces analyses appliquées à des échantillons provenant de différents sites de forages (Forage EPICA, NorthGRIP, Berkner Island et TALDICE, cf. Chapitre I) nous permettent d’intégrer dans un point de vue global toutes ces informations issues de l’air piégé dans les glaces polaires.

________________________________________________________________________ 71 Chapitre III.

Dynamique des névés

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Introduction

Les mesures isotopiques et élémentaires effectuées sur l’air piégé dans la glace et dans le névé sont des données expérimentales essentielles pour (i) caractériser la structure de ce milieu poreux (e.g. Sowers et al., 1992 ; Landais et al., 2006a; Kawamura et al., 2006), (ii) interpréter le transport des gaz dans le névé (e.g. Schwander et al., 1997 ; Spahni et al., 2003) (iii) comprendre les mécanismes de piégeage des bulles d’air dans la glace (e.g. Sowers et al., 1989 ; Severinghaus and Battle, 2006) ou encore (iv) tester la capacité des modèles de densification de névé à estimer correctement l’évolution du Yage le long de la carotte de glace (e.g. Arnaud et al., 2000 ; Goujon et al., 2003).

Dans le cadre de cette thèse, nous avons effectué des mesures isotopiques sur l’air du

névé du forage de NEEM (Annexe 3), mais nous nous sommes surtout attachés à apporter des

contraintes nouvelles sur la signification des profils de $15N en Antarctique mesurés dans l’air

piégé dans la glace, puisque les modèles de densification de névé prédisent une évolution du

$15N et du $40Ar pendant les déglaciations inverse à ce qui est mesuré (Caillon et al., 2001b ; Kawamura, 2000; Landais et al., 2006a ; Dreyfus et al., 2010). Est-ce lié au fait que les

modèles ne représentent pas correctement la structure du névé antarctique glaciaire ou est-ce associé à une mauvaise estimation de leurs paramètres d’entrée (température et taux d’accumulation) ?

Tout d’abord, nous définissons les relations entre les différentes grandeurs glaciologiques que nous abordons par la suite : la profondeur de fermeture des pores, la différence d’âge entre la glace et l’air à une même profondeur ou encore la fonction d’amincissement… Ces grandeurs glaciologiques sont liées à la densification progressive de la neige en glace au sein du névé, dont nous explicitons la description dans les deux modèles utilisés (Arnaud et al., 2000 ; Goujon et al., 2003), et à l’enfouissement progressif de la glace au sein de la calotte. Ces modèles de densification de névé nécessitent d’être forcés par des scénarios de la température et du taux d’accumulation: nous présenterons les différentes méthodes qui existent actuellement pour estimer leurs évolutions passées. Dans un second temps, nous dressons un état de l’art sur les mesures de $15N effectuées en Antarctique qui montre que l’évolution du $15N en période glaciaire reste mal comprise. Ensuite, nous apportons des résultats originaux basés sur la mesure des isotopes du krypton. Ils nous permettent de tester l’hypothèse d’une épaisse zone convective en période glaciaire dans les névés des forages EPICA pour expliquer le désaccord observé entre les profils de $15N et les résultats sur la modélisation de la profondeur de fermeture des pores. Nous présentons ensuite deux nouveaux profils de $15N couvrant la dernière déglaciation pour deux sites de forages côtiers, Berkner Island et Talos Dome. Finalement, au travers de ces nouvelles données et des résultats préexistants, nous tâcherons de proposer un schéma de fonctionnement du névé en fonction des conditions de surface qui permettrait d’affiner leur représentation dans les modèles.

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