Peut-on comprendre le réchauffement climatique en ne se basant que sur des données récentes ? Non ! Comme pour résoudre une enquête, il faut remonter dans le temps. Jérôme Chappellaz, du LGGE, nous raconte comment il explore une atmosphère vieille de milliers d’années.

Le réchauffement climatique ? Tout le monde en parle. Que l’on soit climato-sceptique ou climato-convaincu, chacun a son idée sur le sujet… et les arguments s’essoufflent rapidement. Mais nous ne pouvons pas nous blâmer car « le système climatique est complexe » explique Jérôme Chappellaz, directeur de recherche CNRS rattaché au Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement (LGGE) de Grenoble. Pour comprendre les changements climatiques terrestres actuels, les chercheurs ont notamment besoin d'étudier le climat passé. Mais comment faire pour remonter dans le temps et décrypter une atmosphère datant de milliers d’années ? Jérôme Chappellaz a échangé avec nous sur ce sujet. Il fait partie de ces scientifiques profitant des occasions comme celle des Fondamentales du CNRS, pour communiquer aux citoyens l’avancée des recherches dans son domaine. Nous lui avons donc posé quelques questions sur sa carrière, la progression des recherches sur le climat et ses attentes par rapport aux Fondamentales du CNRS.

Jérôme Chappellaz interviendra dans la session "Réchauffement climatique : comment améliorer encore nos prévisions ?" lors des Fondamentales du CNRS, le samedi 11 octobre à 16h30 sur le campus de Saint-Martin-d'Hères

Echosciences Grenoble : Pourquoi la glaciologie ?

Jérôme Chappellaz : Impressionné par une conférence d’Haroun Tazieff à l’âge de 8 ans, je me prends de passion pour les volcans et me lance par la suite dans des études de volcanologie. Lors de mon cursus, je découvre les disciplines de la géophysique et de la géochimie et je me rends compte que ces dernières sont un véritable moyen de s’intéresser à l’environnement planétaire et à l’évolution de la composition de l’atmosphère. Pour résumer, c’est à ce moment que je suis passé du feu à la glace.

Comment avez-vous contribué à l’étude sur l’évolution du climat ?

Tout d’abord, après un parcours universitaire « classique », je commence en 1987 un doctorat au LGGE sur l’évolution de la concentration en méthane (CH₄) dans l’atmosphère. Le début de ma thèse correspond à la période où les premières analyses de traces de dioxyde de carbone (CO₂) sont réalisées par Claude Lorius et son équipe dans des carottes de glace provenant de la base antarctique soviétique Vostok. Comme tout restait donc à découvrir dans le domaine de l’étude de l’évolution temporelle de la composition de l’atmosphère, je me suis démarqué en m’intéressant à cet autre gaz à effet de serre qu’est le méthane. J’ai ainsi pu développer de nouvelles techniques de mesure et découvrir que c’est un gaz qui variait énormément dans le passé.

Aujourd’hui, nous développons d’autres méthodes pour analyser d’autres gaz, notamment le monoxyde de carbone, considéré comme un gaz essentiel déterminant la capacité qu’a l’atmosphère à s’auto-nettoyer chimiquement. Depuis environ 7 ans, j’ai aussi pris un nouveau virage de taille dans les techniques de mesures en m’intéressant aux instruments laser développés par le Laboratoire Interdisciplinaire de Physique à Grenoble. Mon idée, sélectionnée et financée par le Conseil Européen de la Recherche (ERC), consiste à concevoir et déployer une sonde équipée d’un instrument laser dans la calotte glaciaire antarctique. Elle permettrait de mesurer la concentration en gaz à effet de serre dans les bulles d’air piégées par la calotte ainsi que le signal isotopique de l’eau (indicateur du climat), le tout en continu et en temps réel, ce qui apporterait un énorme gain de temps par rapport aux forages conventionnels !

Les techniques de forage par carottes de glace ont été largement expérimentées et améliorées. Pourquoi développer une nouvelle technique d’étude de la glace basée sur la méthode laser ?

Il y a un million d’années, la rythmicité du climat a dramatiquement changé en terme de périodicité des glaciations. Avant cet âge, les glaciations de l’ère Quaternaire duraient 40 000 ans et étaient peu intenses. Or, au cours du dernier million d’années, leur périodicité s’est établie à 100 000 ans et elles sont beaucoup plus marquées, alors qu’aucun changement des paramètres de l’orbite terrestre autour du soleil ne semble en être à l’origine. Alors, pourquoi cette transition ? C’est une des questions à laquelle nous voulons répondre aujourd’hui. Une de nos hypothèses est qu’il existe un effet de seuil dans le système climatique dû à la quantité de CO₂ dans l’atmosphère. Ce serait un moyen indirect d’évaluer ce que l’on appelle la sensibilité climatique, c'est-à-dire la réponse du climat à une variation donnée du CO₂ dans l’atmosphère. Un point fondamental quand on parle du climat futur.

A ce jour, le forage ayant remonté la glace la plus ancienne était porté par le projet EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica). En 2004, il a permis d’atteindre 3270 mètres de profondeur, nous offrant accès à des carottes de glace vieilles de 800 000 ans. Pas assez pour remonter au-delà du million d’années et enquêter sur ce qui s’est réellement passé à ce moment-là. Le problème, c’est que cette vieille glace tant désirée est située quelque part en Antarctique près du socle rocheux, sous des kilomètres de glace. Avec la nouvelle sonde laser que nous développons, nous pourrions atteindre ces profondes strates glacées en seulement un mois sur le terrain, au lieu de 4 à 5 années par les techniques classiques de forage. Reste cependant la question fatidique : où peut-on trouver une si vieille couche de glace ?.

Comment vous est venue cette idée ?

J’étais sur le terrain antarctique en 2006-2007 avec une équipe franco-italienne, au site de Talos Dome. Nous réalisions un forage profond à un rythme qui atteignait au mieux 25 mètres par jour. Il fallait ensuite attendre que la carotte arrive en laboratoire pour pouvoir étudier ses informations géochimiques. Je trouvais que l’on perdait trop de temps à faire des carottes. Une nuit de mauvais sommeil sous la tente, je me suis dit : "envoyons directement un instrument de mesure dans la glace !". C’est de cette manière que le projet laser est né, puis a mûri et entrera bientôt en action.

Quand la sonde ira-t-elle explorer la glace de l’Antarctique ?

Nous avons déjà testé l’instrument cet été en condition immergée dans la mer Méditerranée pour mesurer les concentrations de gaz dissous dans l’eau et les résultats sont plutôt concluants ! Cet hiver, deux de nos ingénieurs se rendent à la base franco-italienne Concordia en Antarctique pour tester certaines solutions techniques pour la progression de la sonde dans la glace. En 2016-2017, la sonde sera testée « grandeur nature » toujours à la base Concordia et c’est en 2017-2018 qu’elle sera déployée sur un site où les probabilités de trouver de la glace de plus d’un million d’années sont optimales.

Que reste-t-il à découvrir dans votre domaine ?

Nous sommes loin d’avoir tout compris de la machinerie climatique. Les volumineux rapports issus du Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’Evolution du Climat (GIEC) donnent parfois l’impression que l’on sait déjà tout, surtout quand on se restreint à lire seulement les quelques pages du « résumé pour décideurs ». Je ne dis pas que nous ne devons pas mettre en place les stratégies nécessaires pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et nous adapter au changement climatique, au contraire. Mais surtout nous devons savoir à quoi nous adapter exactement ! Et pour cela, il est nécessaire de mieux comprendre le fonctionnement fondamental du système climatique terrestre.

Nous avons encore de nombreuses pistes à explorer. Notamment, il existe de grosses incertitudes aujourd’hui sur les rétroactions lentes du système climatique. Par exemple, nous ne savons pas grand-chose de la réponse des immenses glaciers polaires au changement climatique et les possibles effets de seuil. Les observations satellites de glaciers ne datent que d’une trentaine d’années, ce qui est bien trop peu pour pouvoir prendre du recul sur une composante aussi lente du système climatique. De plus, les conclusions dans ce domaine sont d’une importance majeure car la fonte des glaciers aurait des répercussions potentiellement énormes sur l’augmentation du niveau de la mer et donc sur les 70% de la population mondiale vivant sur les côtes.

Un autre exemple de rétroaction lente est celui du cycle du carbone. Nous ne savons pas comment les sols gelés aux hautes latitudes vont réagir au réchauffement. De fait, le permafrost devrait relarguer de grandes quantités de dioxyde de carbone et de méthane lors de sa décomposition et accentuer le réchauffement. Mais est-ce que cet effet sera contrebalancé par la migration de la forêt boréale vers le nord, celle-ci constituant un puits de carbone très efficace ?

Qu’attendez-vous des Fondamentales du CNRS ?

Je veux montrer que les chercheurs ne sont pas des militants, qu’ils ne sont pas là pour défendre une cause mais pour apporter des preuves irréfutables (dans un sens comme dans un autre) en réponse à des hypothèses. J’ai des enfants, j’aimerais sincèrement me tromper et annoncer que le changement climatique ne va pas dans le sens ni dans l’intensité que l’on croit. J’aimerais aussi faire prendre conscience de la complexité et de l’inertie du système à la population et qu’on ne peut rien dire de sensé à propos du climat terrestre simplement en regardant de l’autre côté de sa fenêtre le temps qu’il fait dehors.

>> Crédits : Jérôme Chappellaz