Microstructure, recristallisation et déformation des glaces polaires de la carotte EPICA, Dôme Concordia, Antarctique
Résumé
Ice cores are a fantastic tool to study the past climate of our planet. Recently, the European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) allowed to extract the Dome Concordia ice core (75◦06′ S; 123◦21′ E). The first studies show that the last 740000 years of our climatic history are recorded. In this manuscript, a study on the microstructure (grain boundaries network) evolution along the Dome concordia ice core is presented. In a first part, we study the mean grain size evolution along the core which is showing sharp variations during climatic transitions. The analysis of the grain size distribution parameters as well as correlations between mean grain size and impurities content show that the dust particles decrease the normal grain growth rate during Glacial period. This can explain the observed grain size variations. The development of a mean field approximation model, which is able to calculate the mean grain size evolution, confirms quantitatively this result. It allows also to study the role of bubbles, clathrates and rotation recrystallization on the mean grain size. The geometry of the microstructure can also reveal the deformation of the ice layers. From a procedure developed initially to measure the deformation field of foams and which has been adapted to ice, we show that our measurements contradict two classical assumptions used to describe the ice deformation at a dome: (i) shearing is present and its value increases with depth, (ii) the vertical deformation is not homogeneous (some layers are more deformed than their neighbours). Classical glaciological dating models use these assumptions, therefore opening some questions on their validity. Then, we examine the impact of the vertical deformation heterogeneities on the dating. Particularely, we focus on the determination of the duration of brief events.
Les carottes de glace sont un fantastique outil d'étude du climat de notre planète. Récemment, le projet européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) a permis d'extraire une carotte au Dôme Concordia en Antarctique (75◦06′ S; 123◦21′E). Les premières études montrent que les 740000 dernières années de notre histoire climatique y sont enregistrées. Dans ce manuscrit est présentée une étude de l'évolution de la microstructure (réseau de joints de grain) le long de la carotte de Dôme Concordia. Dans une premiére partie, nous nous concentrons sur l'évolution de la taille moyenne des grains qui présente de fortes variations synchrones avec les transitions climatiques. L'analyse des paramètres de la distribution de taille ainsi que les corrélations entre taille de grain moyenne et contenu en impuretès montrent que les particules de poussière ralentissent considérablement la croissance normale au cours des périodes Glaciaires, expliquant ainsi les variations observées. Le développement puis l'utilisation d'un modèle en champ moyen d'évolution de la taille de grain confirme quantitativement ce résultat et nous permet d'examiner le rôle des bulles, des clathrates et de la recristallisation par rotation sur la taille moyenne des grains. La géométrie de la microstructure est également le révélateur de la déformation subie par les couches de glace. Utilisant une technique d'analyse initialement développée pour l'étude du champ de déformation dans les mousses et adaptée au cas de la glace, il est apparu que nos mesures sont en contradiction avec deux des hypothèses généralement admises sur l'écoulement de la glace à un dôme : (i) le cisaillement n'est pas nul et sa valeur augmente avec la profondeur, (ii) la déformation verticale n'est pas homogène (certaines couches s'amincissent plus rapidement que leurs voisines). Les modèles de datation classiquement utilisés en glaciologie utilisent ces hypothèses, ce qui soulève quelques questions quant à leur validité. Nous nous sommes alors interrogès sur l'impact des hétérogénéités de déformation verticale sur la datation et tout particulièrement sur l'estimation de la durée d'évènements brefs.
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