Principe de l'étude des glaces polaires
Mise à jour 14/08/2001
Ces contraintes expliquent que le nombre de séries permettant de remonter jusqu'à -20.000 ans au minimun soit très limité. On a ainsi trois zones de forages au Groenland (Camp Century, Dye3 et Byrd) mais la proximité du lit rocheux et les perturbations stratigraphiques associées rendent ces séries difficilement exploitables au delà de 50.000 à 60.000 ans. La station de Vostok sur le plateau Antarctique à une altitude de 3488m présente les caractéristiques idéales ; 3700 m d'épaisseur avec des précipitations d'à peine 2 cm par an. L'inconvénient de cette station de forage c'est qu'elle détient le record de la température la plus basse (-89,7°C) pour une moyenne annuelle de -55,5°C ! Les forages ont été stoppés en 1985 à 2200m de profondeur.
La glace polaire se rencontre en profondeur. Les couches superficielles des calottes polaires présentent une porosité ouverte sur l'atmosphère et ce jusque dans les 50 à 100 premiers mètres de profondeur. Cette porosité tend à décroître avec la profondeur. En effet les cristaux de neige se soudent progressivement par sublimation-condensation ou diffusion en surface et en volume. Environ 10% du volume de glace est ainsi formé de pores.
L'air se trouvant dans les canaux du névé en proximité de la surface est mélangé avec l'air extérieur. L'air emprisonné aura donc la même composition que l'air extérieur. L'air emprisonné est donc plus jeune que la glace elle-même.
En profondeur les échanges gazeux se font par diffusion, c'est donc un processus plus lent (typiquement une dizaine d'années). Un fractionnement se produit à cause de la gravité, cela entraîne une concentration des molécules gazeuses les plus lourdes vers le bas du névé avant le piégeage définitif de l'air dans les bulles de la glace.
Une correction faible et calculable est donc à apporter au moment de la détermination de l'atmosphère passée. En résumé, la composition de l'air initialement incorporé dans la glace puis corrigé par la gravitation est celle régnant en surface une dizaine d'année avant le piègeage par la glace.
En se densifiant avec la profondeur, la glace se transforme. Les gaz emprisonnés dans les bulles d'air ont tendance a être encagés au sein des molécules d'eau. On appelle cela des clathares. Passé une certaine profondeur qui dépend de la température et de la pression, la totalité de l'air est intimement incorporé à la glace sous forme de clathares. La glace à la sortie du forage est ainsi complètement translucide.
Les analyses d'air de même âge mais extrait de glaces ayant eu des conditions de densification diférentes, moyennant certaines conditions expérimentales, montrent que la composition de l'air n'est pas influencée par les processus de densification. Par contre les réactions chimiques se mettant en place dans des glaces à taux élevé d'impuretés, comme au Groenland, altèrent la composition en CO2 de l'air étudié.Les variations passées du dioxyde de carbone sont actuellement extraites d'archives antarctiques.