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En forant au travers du glacier jusqu'au socle rocheux, les couches de neige puis de glace traversées représentent chacune l'état du climat et de l'atmosphère au cours des années successives. Les couches les plus profondes sont aussi les plus anciennes. En Antarctique ou au Groenland, les grandes épaisseurs des glaciers (jusqu'à plusieurs milliers de mètres) et la faible quantité de neige tombant chaque année font que les couches anciennes remontent loin dans le temps. Jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'années. En revanche dans les glaciers de montagne, les épaisseurs sont plus faibles. Ils tombent aussi beaucoup plus de neige chaque année. Enfin le glacier s'écoule vers le bas en raison des pentes marquées. Pour toutes ces raisons, la glace rencontrée en profondeur possède un âge allant du siècle à quelques millénaires. Parfois, on peut rencontrer à la base de ces glaciers des couches formées lors du dernier maximum glaciaire, il y a environ 20 000 ans.

Quel avenir pour la science des carottes de glace ?

Cette science est une science jeune. Née au début des années 60, les découvertes qui en sont issues (comme le lien étroit entre l'évolution naturelle du climat et la quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère) ont été rendues possibles par les progrès technologiques. Grâce à eux, des éléments chimiques impossibles à mesurer sont tout à coup devenus accessibles grâce à de nouveaux instruments de mesure. Le progrès des connaissances a aussi conduit les chercheurs à étudier des signaux présents dans la glace, auxquels ils n'avaient pas pensé jusqu'alors. Le livre des glaces possède un alphabet extrêmement riche, dont nous continuons à découvrir les lettres.
Personne ne peut aujourd'hui affirmer avec exactitude de quoi seront faites les découvertes futures à partir des archives glaciaires. Tout juste peut-on esquisser quelques pistes. L'une d'elles concerne la biologie. Si les couches de neige renferment des particules solides lors de leur dépôt, elles contiennent aussi du matériel vivant : bactéries et virus fixés sur des aérosols et des particules, et transportés par les vents. Une fois déposé, ce matériel vivant est comme figé dans la glace. Ainsi, avec le développement des techniques d'analyse, on peut imaginer qu'un jour les chercheurs seront en mesure d'étudier l'évolution au cours du temps du génome constituant telle bactérie ou tel virus. Et apprendre ainsi sur les mécanismes conduisant aux mutations observées. Peut-être alors que la science des carottes de glace servira au monde de la recherche médicale.
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Enregistrement de l'environnement

En se déposant à la surface d'un glacier, les couches de neige enregistrent une multitude d'informations sur l'état de notre environnement. Constituées presque entièrement de molécules d'eau, ces couches de neige contiennent aussi des impuretés, qui représentent parfois seulement quelques millionièmes de milliardièmes de la masse de neige déposée.

Ces impuretés peuvent être solides, comme les poussières émises par les sols ou les déserts. Ainsi dans les glaciers des Alpes, on retrouve des couches enrichies en poussières provenant d'épisodes intenses de vents de sable sur le désert du Sahara. Ces poussières ont traversé la mer Méditerranée et se sont déposées pour partie à la surface des glaciers. Les couches successives de neige fraîche emportent ensuite ces couches de poussières vers les profondeurs glacées. Parmi ces particules solides, on peut aussi retrouver celles émises par des activités humaines, telles des particules de métaux lourds (plomb, zinc, cuivre, platine, rhodium, palladium,...).

Ces impuretés peuvent aussi être liquides.On appelle les "aérosols" : de minuscules gouttelettes comprenant par exemple des acides : acide sulfurique provenant de la combustion du charbon, acide nitrique provenant des émissions par les sols agricoles ou de la transformation d'oxydes d'azote émis par les véhicules ou les sources de chauffage, acide fluorhydrique émis par certaines activités industrielles, acides organiques résultant d'émissions naturelles de composés organiques par la végétation, par le brûlage de cette même végétation, ou bien par les combustions d'énergie fossile,...

Des polluants radioactifs peuvent aussi laisser leur trace dans les neiges d'altitude. Dissous dans les flocons de neige ou fixés sur de minuscules particules d'argiles transportées par les vents, ces polluants s'observent par une émission diffuse de radioactivité de type beta ou gamma. On retrouve ainsi les éléments radioactifs produits par les essais thermonucléaires conduits durant les années 50 et 60. Plus près de nous, l'accident de Tchernobyl a laissé sa marque dans les glaciers alpins sous la forme d'un pic de césium-137. D'autres éléments radioactifs d'origine naturelle peuvent aussi être mesurés dans la glace. C'est le cas par exemple du béryllium-10. Un élément extrêmement rare puisqu'on en compte seulement environ 10.000 atomes par gramme de glace. Il est formé dans la haute atmosphère par l'action du vent solaire sur les molécules d'azote. Sa présence en quantité plus ou moins grande nous renseigne sur la quantité de neige tombée au cours du temps, mais aussi sur l'évolution de l'activité solaire ou de l'intensité du champ magnétique terrestre.
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Enregistrement du climat

L'oxygène et l'hydrogène des molécules d'eau de la neige peuvent présenter des formes différentes que l'on appelle "isotopes". Certains sont plus lourds que d'autres. En mesurant précisément les proportions des isotopes lourds et des isotopes légers des molécules d'eau, on peut remonter aux conditions de température ou à la quantité de précipitation au moment du dépôt de neige.
Lorsque la neige s'enfonce dans les profondeurs du glacier, elle se densifie sous l'effet du poids des couches successives. En se densifiant, la porosité présente entre les grains de neige se referme petit à petit, emprisonnant un échantillon de l'air atmosphérique. Dans cette fraction gazeuse des couches de glace, on peut mesurer la concentration de gaz à l'état de traces. C'est le cas par exemple des gaz à effet de serre : dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote, chlorofluorocarbures,...