Chercheurs de climats - CNDP

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www..cndp.fr/tice/teledoc/. La glace, archive du climat. Sciences physiques et éducation aux médias, collège. Mars 2006: une équipe de scientifiques chiliens et.

teledoc le petit guide télé pour la classe

2007 2008

Chercheurs de climats Pour collecter des informations indispensables à l’étude de l’évolution du climat, des chercheurs français et chiliens sont allés prélever des carottes de glace au sommet du Un documentaire

San Valentin, montagne de Patagonie battue par les

de Patrice Desenne

« quarantièmes rugissants ». Ce film suit pas à pas leur

(2007), coproduit par

travail, permettant aux téléspectateurs de partager une

France 5 et le

aventure scientifique périlleuse et de comprendre les

SCÉRÉN-CNDP.

principes de la climatologie.

52 min

FRANCE 5 TNT : MARDI 12 FÉVRIER, 21 h 45

La glace, archive du climat Sciences physiques et éducation aux médias, collège Mars 2006 : une équipe de scientifiques chiliens et français – glaciologues, chimistes et climatologues, alpinistes aguerris qui plus est – part à l’assaut du San Valentin, l’un des plus hauts sommets de Patagonie. Leur objectif ? Ramener des carottes d’une glace pleine d’informations qui permettra d’étudier les climats passés et de contribuer à prévoir les évolutions climatiques. Mais la météo patagonne est capricieuse. Partie sous le soleil, l’équipe, à plus de 4 000 mètres d’altitude, est prise dans une tempête de neige et totalement isolée de sa base. Il faut finalement redescendre en catastrophe, sans avoir pu seulement commencer le forage. Un an plus tard, mieux préparés et équipés, les scientifiques repartent à l’assaut du sommet et réussissent à extraire les précieuses carottes de glace que les études en laboratoire feront « parler ». Ce documentaire est une plongée dans l’intimité d’une recherche scientifique, proche de l’exploit sportif, qui nous fait découvrir, mêlés aux beaux paysages du sud du Chili, les principes de la climatologie.

Rédaction David Ernaux Crédit photo Patrick Ginot / IRD Édition Émilie Nicot et Anne Peeters Maquette Annik Guéry Ce dossier est en ligne sur le site de Télédoc. www..cndp.fr/tice/teledoc/

La fabrique de la neige, des nuages et de la pluie

> Mettre en évidence les différents états de l’eau et de la glace. Acquérir par la compréhension des phénomènes météorologiques les notions de changement d’états. • Les états de l’eau. À plusieurs moments du film (7e min par exemple), il pleut au pied du San Valentin, tandis que la neige tombe au sommet. Ailleurs, une tempête de neige en altitude se manifeste par le gonflement des eaux des rivières dans les vallées. Partant de ces éléments, on précisera les trois états de l’eau: la glace ou la neige pour l’état solide; ce que l’on appelle communément «eau» pour l’état liquide; la vapeur pour l’état gazeux. Si l’eau tombe tantôt sous forme solide, tantôt sous forme liquide, c’est une question de température (et non pas, strictement, d’altitude, comme les élèves pourraient en avoir l’intuition au visionnage du film). Les nuages produisent la neige à une température inférieure à 0°C. Plus bas, la température est positive, les flocons fondent en eau, s’agglutinent: c’est de la pluie qui atteint le sol. On rappellera les températures de changements d’état à une pression atmosphérique ordinaire: 0 et 100°C. On pourra aussi réfléchir sur une remarque d’une scientifique (13e min) : « une glace assez froide, à une température inférieure à -10 ou -15°C». • La fabrique des nuages. Une masse d’air contenant de l’eau sous forme de vapeur (donc invisible) se refroidit. L’eau alors se condense et forme de minuscules gouttelettes (qui, elles, sont visibles): c’est le nuage. Si le refroidissement est important, le nuage peut être formé de cristaux de glace. Gouttelettes ou cristaux grossissent dans le nuage et, lorsque qu’ils deviennent trop lourds, tombent sous l’effet de leur propre poids, en pluie ou neige. Le refroidissement d’une masse d’air est généralement dû à une élévation de son altitude, soit sous l’effet de la convection atmosphérique (le réchauffement irrégulier du sol par le soleil crée des ascendances) soit par le franchissement d’un relief qui «pousse» la masse d’air vers le haut. C’est pourquoi il peut faire beau en plaine et nuageux en montagne. L’image étonnante de la cascade inverse (20e min), quand l’eau remonte le long de la montagne, servira d’exemple à la violence des vents qui peuvent exister à l’intérieur d’un nuage. • La glace et la neige. On établira les différences physiques entre neige et glace. La glace est compacte et dense, contrairement à la neige, dont la densité va d’environ 0,1kg/L (neige sèche et froide,

poudreuse) à 0,35kg/L (neige humide et collante). De même, si la neige montre une structure caractéristique en étoile à six branches, la glace est homogène.

L’eau dissout les gaz et les solides

> Établir que l’eau liquide peut dissoudre liquides, solides et gaz afin de décrypter le film. On cherchera pourquoi des hommes affrontent des conditions extrêmes pour collecter des échantillons de glace profonde (13e min): l’eau gelée garde en mémoire des traces des climats passés. On établira ensuite, soit par une discussion de classe autour des pratiques quotidiennes (le sucre qui « fond » dans l’eau, l’eau gazeuse, la dissolution d’un sirop), soit par de petites expériences, que l’eau a la capacité de dissoudre des solides, des gaz et des liquides. Ces mélanges, comme l’eau pure, peuvent geler si on les refroidit en dessous d’une certaine température généralement proche de 0°C (seule l’eau pure gèle exactement à 0°C). On mettra en évidence le processus qui a formé ces couches de glaces : à une époque ancienne, l’eau liquide des nuages a dissous des gaz, puis est tombée sous forme de neige. Cette neige, en se tassant, a emprisonné des gaz et des solides. Dans les zones où la température reste toujours inférieure à 0°C, la glace n’a jamais fondu et l’on peut dater ses couches successives: les plus profondes sont les plus anciennes. À partir des explications de Valérie MassonDelmotte (37e min), on comprendra l’objectif du travail du chercheur : retrouver dans les échantillons de glace la présence d’éléments caractéristiques de l’époque et mesurer leur quantité. Pour expérimenter cette « lecture » de l’eau, tout en étant conscient de la bien plus grande complexité des études des glaciologues, on fera bouillir dans un récipient de l’eau minérale, dans un autre de l’eau distillée, et on observera que l’on récupère les solides dissous dans l’eau. „

Pour en savoir plus • DUBRULLE Bérengère, MASSON-DELMOTTE Valérie, GAMBINI Cécile (ill.), Le Climat : de nos ancêtres à vos enfants, Le Pommier, 2005. • Sur le site de l’Institut de recherche pour le développement, un dossier sur « Les recherches sur le climat à l’IRD » (janvier 2007). http://www.ird.fr/ur032/references/comm_ird/ dossier_presse/dossier_presse_recherche_climat_ird_ janvier_2007.pdf

«Tous les glaciers commencent à fondre» Questions à Bernard Pouyaud, hydroglaciologue Vous étiez le responsable de l’expédition. Quelle est la part du scientifique, de la logistique et de l’humain pour conduire une telle mission ? Au départ, la motivation est évidemment seulement scientifique : obtenir des données sur les conditions climatiques passées est un impératif pour affiner la modélisation du climat et améliorer les prévisions. Le maillage des données doit être le plus fin possible aux plans spatial et temporel. Aux latitudes moyennes (45° Sud) de l’hémisphère austral, très peu de données existaient sur le passé. Dans le cas particulier des carottages glaciaires (qui permettent de reconstituer de très longues séries climatiques passées avec une bonne sensibilité), rien n’existait entre les forages en Antarctique (800000 ans au forage EPICA) et nos forages intertropicaux (15 à 25 000 ans en Bolivie et au Pérou). Le site du San Valentin s’est donc imposé… mais sa difficulté d’accès et ses conditions climatiques étaient dissuasifs… Il fallait donc cerner ces difficultés, évaluer les risques, imaginer la logistique et rassembler les financements. Il fallait aussi constituer une équipe fiable et motivée pour relever le défi. Cette équipe existait dans notre unité de recherche Great Ice, déjà expérimentée dans les forages en altitude (Sajama à 6 500 m en 1997, Illimani à 6 300 m en 1999, Chimborazo à 6 300 m en 2000, Coropuna à 6 200 m en 2003), mais forer au-dessus de 6000 m dans les Andes centrales est moins risqué qu’à 4000 m en Patagonie! Ce que nous avons pu vérifier rapidement… Le fait qu’un film soit réalisé sur votre expédition at-il influé sur votre décision de faire une seconde tentative ? Non, pas du tout ! Nous étions certes déçus par notre échec de 2006, et désolés pour l’équipe de tournage, mais notre principale préoccupation restait de trouver le financement qui nous permettrait de revenir en 2007, avec de meilleures chances de succès. Il fallait donc d’abord «sauver» notre équipement scientifique resté au sommet (300000 euros). C’est pour cela que la partie française de l’équipe est remontée à la première fenêtre de beau temps et a pu le redescendre, abandonnant le campement et le stock de nourriture dont nous n’avons absolument rien retrouvé l’année suivante! Une tonne et demie de vivres et de matériel ont été arrachés par les vents de l’hiver patagonien… Ceci dit, nous avons apprécié qu’un film retrace cette aventure.

Quels résultats l’analyse en laboratoire des carottes de glace patagoniennes a-t-elle déjà livrés ? Lorsqu’on ramène 1,6 tonne de glace, il y a ensuite plusieurs années d’analyse (chimie, physique, isotopie de la glace, des poussières, des bulles d’air captives, etc.) dont les résultats sont publiés progressivement. Les premiers résultats sur la carotte longue de 126 m extraite en 2007 sortiront au cours de l’année 2008. On peut déjà dire que l’âge relativement «jeune» estimé à présent pour le fond de la carotte (15 à 20000 ans) signifierait qu’au dernier maximum glaciaire la Patagonie était couverte de glace jusqu’à de hautes altitudes (couvrant par exemple le San Valentin à 4000 m), ce qui soulevait une controverse jusqu’aujourd’hui… Mais il faut être aussi patient avec les résultats qu’avec la météo patagonienne… Et puis, plus on veut être précis, plus il faut découper en tranches fines les échantillons, et plus nombreuses sont alors les analyses, et donc le temps et le coût pour les réaliser. Y a-t-il d’autres lieux sur la planète où il faudrait réaliser de nouveaux forages ? Bien sûr, mais pour cela il faut des financements et des capacités analytiques… Très peu d’équipes internationales sont capables de réussir de telles expéditions, et malgré l’aide que nous a déjà apportée l’Agence nationale de la recherche (ANR), sans laquelle nous n’aurions pu financer le forage de 2007, nous savons que nous ne trouverons pas de moyens pour une nouvelle mission avant d’avoir publié les résultats de la précédente. Or, la capacité d’analyse de nos laboratoires est déjà pratiquement saturée. Notre principal « concurrent » nord-américain n’a pas ces problèmes ! Pourtant tous les glaciers, même à ces altitudes ou latitudes extrêmes, commencent à fondre en surface, ce qui pollue la colonne de glace et « lave », toujours plus en profondeur, les archives climatiques. Il est donc urgent de compléter notre échantillonnage, en Amérique latine, mais aussi dans l’Himalaya et en Asie centrale (Pamir…). Il y a du travail pour les jeunes générations, mais elles doivent se dépêcher ! „

Bernard Pouyaud est chercheur à l’Institut de recherche pour le développement (IRD), dans l’unité Glaciers et ressources en eau d’altitude - Indicateurs climatiques et environnementaux (GREAT ICE).

La glace, archive du climat À Vostok (Antarctique de l’Est), on a extrait de la glace vieille de 420 000 ans à une profondeur de plus de 3 km. Plus au sud, le forage du projet européen EPICA, sur une épaisseur équivalente, couvre une échelle de temps de l’ordre de 800 000 ans. Le glacier du San Valentin, d’une épaisseur d’environ 120 m, donnerait des informations sur 15 à 20 000 ans. Que lit-on dans les carottes de glace ? – La température au moment de la précipitation neigeuse, grâce à une mesure du rapport entre eau normale et eau lourde (teneur en deutérium). – La quantité de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone CO2 ou le méthane CH4 (dont les concentrations ont augmenté respectivement de 30 et 150 % en 150 ans). – La présence de souffre (d’origine volcanique ou anthropique), de plomb (pollution due aux voitures du XXe siècle ou à l’industrie minière de l’Antiquité), d’éléments biologiques (pollen) ou encore d’émissions radioactives.

La volonté dans l’image Fiche de travail

Le documentaire nous décrit l’expédition scientifique ainsi que les péripéties d’un tournage. Pour certaines séquences filmées par les scientifiques mêmes, avec une petite caméra non-professionnelle, le réalisateur a incrusté au montage des signes (apparaissant habituellement dans le viseur) pour le souligner et dramatiser la scène où les scientifiques luttent contre le froid et la tempête. En revanche, pour la séquence de l’ascension sereine du San Valentin, tournée également par les scientifiques, ces signes ne sont pas ajoutés pour ne pas briser la magie du moment. En comparant la séquence de l’ascension (qui privilégie la continuité) et celle du départ en hélicoptère (qui multiplie les points de vue pour rendre compte de la fébrilité ambiante), on mettra également en évidence l’intention mise dans les images.

Questions 1. Identifiez, parmi les images ci-dessous, celles qui appartiennent à des séquences filmées par les scientifiques eux-mêmes et non par un caméraman professionnel. Comment le réalisateur souligne-t-il cet « amateurisme » ? Quel effet ce procédé produit-il ?

2. Ces images de l’ascension du San Valentin ont été filmées par les scientifiques, avec de petites caméras non-professionnelles. Le réalisateur, Patrice Desenne, dit avoir décidé de ne pas incruster ici de signes habituellement visibles dans le viseur parce que c’est une séquence émouvante. Qu’en pensez-vous ?

3. Analysez deux séquences (entre 40 min 34 s et 42 min) : celle de l’ascension du sommet du San Valentin (jusqu’à 41 min 24 s) et celle du départ en hélicoptère, quand une jeune femme chilienne apporte des beignets pour l’équipe. Commentez la qualité visuelle des images (couleurs, contrastes, stabilité), les mouvements de caméras, le nombre de plans différents (un plan étant un intervalle où l’image est continue). 4. Pour chacun des plans de ces deux séquences, décrivez d’une phrase brève l’action, s’il y en a une, qui s’y déroule. Par exemple : les alpinistes marchent dans la neige, Marie arrive avec des beignets, etc. Qu’en concluez-vous ? Quelle impression se dégage de chacune de ces deux séquences ?