Variabilité régionale de la densification de la neige polaire lors des grandes transitions climatiques

Le dephasage entre augmentation de temperature et augmentation de gaz a effet de serre (GES) dans l'atmosphere lors des grandes transitions climatiques passees est estime grâce aux mesures effectuees dans les carottes de glace polaires dans la phase glace pour la temperature et dans la phase gaz (bulles d’air piegees) pour la concentration en GES. Ce dephasage est encore mal contraint et, pour resoudre ce probleme, il est necessaire de mieux comprendre le processus mecanique de transformation de neige en glace pres de la surface de la calotte (centaine de metres superieurs, le neve). En l'absence de fusion, la transformation de la neige (materiau a porosite ouverte en contact avec l'atmosphere) en glace (materiau contenant des bulles d'air isolees) s'effectue progressivement sous l'action des gradients de temperature pres de la surface, puis sous l'action du poids des couches de neige situees au-dessus. Selon les conditions de temperature et precipitation, ce processus peut prendre quelques decennies a plusieurs millenaires et s'etend sur une centaine de metres de profondeur. Il controle la difference d'âge entre la glace et les gaz qu'elle renferme. La prediction de la profondeur de piegeage des gaz represente un enjeu majeur pour la paleoclimatologie en particulier sur la sequence des changements relatifs de temperature et de concentration en gaz a effet de serre.Un modele thermo-mecanique de densification de la neige a ete concu et developpe au LGGE en integrant la formulation des processus mecaniques, des proprietes thermiques, et des criteres de piegeage des gaz. Les performances de ce modele peuvent etre testees et ameliorees grâce a des etudes de structure de neves actuels (densite, rapport porosite ouverte/fermee, …). Pour les periodes plus anciennes, des mesures d’isotopes des gaz inertes d15N et d40Ar) dans l’air piege dans les carottes de glace polaire permettent d’obtenir des informations directes sur les variations passees de la structure du neve (e.g. epaisseur de la zone diffusive). Les larges divergences observees en Antarctique entre les sorties de modele de densification et les mesures isotopiques de gaz piege dans la glace generent une grande incertitude sur les reconstructions climatiques passees et comprendre ce desaccord est un defi majeur de la paleoclimatologie actuelle.Dans le cadre de cette these, nous avons pris en compte les influences de la dependance a la temperature des energies d'activation et des impuretes (poussieres) sur la vitesse de densification. Cela a permis de concilier les donnees et le modele. Les resultats du modele modifie sont globalement coherents avec les profils de densite mesures pour des neves actuels et les donnees d'isotopes de gaz inertes pour les deglaciations (aussi appelees terminaisons). Nous avons egalement presente de nouvelles mesures a haute resolution de d15N et d40Ar pour les terminaisons 2 (129-138ka) et 3 (243-251ka) des carottes antarctiques de Dome C et Vostok. Nous avons montre que les differentes evolutions de d15N entre les differents sites et differentes deglaciations s’expliquaient largement par les differences de taux d’accumulation qui controlent la profondeur de transition neige-glace. Nous avons aussi montre que l’utilisation des isotopes de l’air etait un complement important a l’utilisation des isotopes de l’eau pour contraindre la dynamique climatique locale en Antarctique de l’Est lors des deglaciations.