La récupération d’échantillons géologiques uniques permet de mieux comprendre la formation de la calotte glaciaire actuelle de l’Antarctique

Ces dernières années, le réchauffement climatique a laissé des traces sur les calottes glaciaires de l’Antarctique. La glace « éternelle » de l’Antarctique fond plus vite qu’on ne le pensait, en particulier dans l’Antarctique occidental plus que dans l’Antarctique oriental. La cause de ce phénomène pourrait être liée à sa formation, comme vient de le découvrir une équipe de recherche internationale dirigée par l’Institut Alfred Wegener.

Des échantillons de sédiments provenant de carottes de forage, combinés à une modélisation complexe du climat et de la calotte glaciaire, montrent que la glaciation permanente de l’Antarctique a commencé il y a environ 34 millions d’années, mais n’a pas englobé l’ensemble du continent comme on le pensait auparavant, mais s’est limitée à la région orientale du continent (Antarctique de l’Est). Ce n’est qu’au moins 7 millions d’années plus tard que la glace a pu avancer vers la côte ouest de l’Antarctique.

Les résultats de la nouvelle étude montrent à quel point l’Antarctique de l’Est et de l’Ouest réagissent différemment aux forces externes, comme le décrivent les chercheurs dans la revue Science.

Il y a environ 34 millions d’années, notre planète a connu l’un des changements climatiques les plus fondamentaux qui influencent encore aujourd’hui les conditions climatiques mondiales : la transition d’un monde à effet de serre (sans ou avec une très faible accumulation de glace continentale) à un monde à glaciation (avec de vastes zones de glace permanente). Pendant cette période, la calotte glaciaire de l’Antarctique s’est formée. On ne savait pas encore comment, quand et surtout où cela s’est produit en raison du manque de données et d’échantillons fiables provenant de régions clés, en particulier de l’Antarctique occidental, qui auraient documenté les changements survenus dans le passé.

Des chercheurs de l’Institut Alfred Wegener, du Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI) ont désormais pu combler cette lacune dans leurs connaissances, en collaboration avec des collègues du British Antarctic Survey, de l’Université de Heidelberg, de l’Université de Northumbria (Royaume-Uni) et du MARUM – Centre des sciences de l’environnement marin de l’Université de Brême, en plus de collaborateurs des universités d’Aix-la-Chapelle, Leipzig, Hambourg, Brême et Kiel, ainsi que de l’Université de Tasmanie (Australie), de l’Imperial College de Londres (Royaume-Uni), de l’Université de Fribourg (Suisse), de l’Universidad de Granada (Espagne), de l’Université de Leicester (Royaume-Uni), de la Texas A&M University (États-Unis), de Senckenberg am Meer et de l’Institut fédéral des géosciences et des ressources naturelles de Hanovre, en Allemagne.

Grâce à une carotte de forage récupérée à l’aide de la foreuse MARUM-MeBo70 au large des glaciers de Pine Island et Thwaites, sur la côte de la mer d’Amundsen, dans l’Antarctique occidental, les chercheurs ont pu établir pour la première fois l’histoire de l’aube du continent antarctique glacé. Étonnamment, aucun signe de présence de glace n’a été trouvé dans cette région pendant la première phase majeure de la glaciation antarctique.

« Cela signifie qu’une première glaciation permanente à grande échelle a dû commencer quelque part dans l’Antarctique oriental », explique le Dr Johann Klages, géologue à l’AWI qui a dirigé l’équipe de recherche. En effet, l’Antarctique occidental est resté libre de glace pendant ce premier maximum glaciaire. À cette époque, il était encore largement recouvert de forêts denses de feuillus et d’un climat tempéré froid qui empêchait la formation de glace dans l’Antarctique occidental.

L’Antarctique de l’Est et de l’Ouest réagissent très différemment aux conditions extérieures

Afin de mieux comprendre où s’est formée la première glace permanente en Antarctique, les modélisateurs du paléoclimat de l’AWI ont combiné les données nouvellement disponibles avec les données existantes sur les températures de l’air et de l’eau et la présence de glace.

« La simulation a confirmé les résultats de la carotte unique des géologues », explique le professeur Gerrit Lohmann, modélisateur paléoclimatique à l’AWI. « Cela change complètement ce que nous savons sur la première glaciation de l’Antarctique. »

Selon l’étude, les conditions climatiques de base pour la formation de glace permanente ne prévalaient que dans les régions côtières de la partie nord de la Terre Victoria de l’Antarctique oriental. Ici, des masses d’air humide ont atteint les montagnes transantarctiques en forte élévation, conditions idéales pour la neige permanente et la formation ultérieure de calottes glaciaires. De là, la calotte glaciaire s’est rapidement étendue vers l’arrière-pays de l’Antarctique oriental. Il a cependant fallu un certain temps avant qu’elle n’atteigne l’Antarctique occidental.

« Ce n’est que sept millions d’années plus tard que les conditions ont permis l’avancée d’une calotte glaciaire jusqu’à la côte ouest de l’Antarctique », explique Hanna Knahl, modélisatrice paléoclimatique à l’AWI. « Nos résultats montrent clairement à quel point il a fallu qu’il fasse froid pour que la glace puisse avancer jusqu’à recouvrir l’Antarctique occidental qui, à cette époque, se trouvait déjà en de nombreuses parties sous le niveau de la mer. »

Les recherches montrent également de manière impressionnante à quel point les deux régions de la calotte glaciaire de l’Antarctique réagissent différemment aux influences extérieures et aux changements climatiques fondamentaux.

« Même un léger réchauffement suffit à provoquer une nouvelle fonte de la glace dans l’Antarctique occidental – et c’est exactement la situation actuelle », ajoute Klages.

Les résultats de cette équipe de recherche internationale sont essentiels pour comprendre la transition climatique extrême, du climat de serre au climat de glaciation actuel. L’étude apporte également de nouvelles informations qui permettent aux modèles climatiques de simuler plus précisément la manière dont les zones de glace permanente affectent la dynamique climatique mondiale, c’est-à-dire les interactions entre la glace, l’océan et l’atmosphère.

C’est d’une importance cruciale, comme le dit Klages, « surtout à la lumière du fait que nous pourrions être à nouveau confrontés à un changement climatique aussi fondamental dans un avenir proche ».

Utiliser les nouvelles technologies pour obtenir des informations uniques

Les chercheurs ont pu combler cette lacune dans leurs connaissances à l’aide d’une carotte de forage unique qu’ils ont récupérée lors de l’expédition PS104 sur le navire de recherche Polarstern en Antarctique occidental en 2017. L’appareil de forage MARUM-MeBo70 développé au MARUM de Brême a été utilisé pour la première fois en Antarctique.

Le fond marin au large des glaciers de Pine Island et de Thwaites en Antarctique occidental est si dur qu’il était jusqu’à présent impossible d’atteindre les sédiments profonds avec des méthodes de forage conventionnelles. Le MARUM-MeBo70 est équipé d’une tête de forage rotative, qui a permis de forer à environ 10 mètres dans le fond marin et de récupérer les échantillons.