Teneurs en monoxyde de carbone de l'air contenu dans la glace de l'Antarctique et du Groenland - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Teneurs en monoxyde de carbone de l'air contenu dans la glace de l'Antarctique et du Groenland

Résumé

Carbon monoxide (CO) is one of the most important reactive trace gases in the atmosphere. It is involved in many chemical reactions which affect the atmospheric composition and climate. In this study, we have developed an original method to extract the air trapped in the ice and to analyse its carbon monoxide concentration. The melting refreezing extraction method seems to be the most suitable method for studying carbon monoxide in ice. Blanck tests performed with artificial bubble free ice show that our extraction method do es not lead to any CO contamination as soon as al! impurities have been previously removed from the sampI es surface. It remains difficult to assess how representative are these tests in the case of natural ice from Greenland and Antarctica. Nevertheless, we show that antarctic ice exhibits a similar behaviour as artificial ice during a melting refreezing cycle. Concerning the Greenland ice, it appears to be more complex because it seems to indu ce other CO contamination mostly linked to chemical CO production processes occuring within the ice. The melting refreezing method has been applied to ice core samples originating from Antarctica and Greenland. For the first time, consistent results in terms of atmospheric concentrations have been obtained. A CO increase of about 20% has been recorded in the Eurocore ice core for the period 1850-1950 A.D, in good correlation with anthropogenic CO source (like coal and petrol consumption) changes that have occured during the same period. By contrast, CO levels observed on Antarctic ice (D47 ice core) exhibit no significant change during the period 1860-1920 A.D. This suggests that Antarctica remained under the influence of natural CO sources during this period. In terms of CO cycle, our results suggest that anthropogenic CO sources could have already been existing during the preindustrial period. This will represent an important constrain for future model simulations. Apart from these results, the study of the deeper part of the Eurocore ice core suggests that chemical and physical interactions could exist under certain conditions within the ice, leading to a CO production. Indeed, in this part of the core, CO levels observed exhibit a high variability which cannot be explained by modifications of the CO sources or sinks. Oxidation of organic matter contained in the ice could be the main reason of this phenomenon. Furthermore, this hypothesis could be supported by the similarities between the CO and CO2 profiles observed in this part of the core.
Le monoxyde de carbone (CO) est présent à l'état de trace dans l'atmosphère, il participe à de nombreuses réactions chimiques qui affectent la composition atmosphérique et le climat. Dans le cadre de cette étude, une méthode expérimentale a été mise au point pour extraire le gaz piégé dans la glace ancienne et analyser sa concentration en CO. L'extraction du gaz par fusion et regel de l'échantillon de glace apparaît comme étant la méthode la mieux adaptée à l'étude du CO contenu dans la glace. Des tests "blanc" réalisés à partir de glace artificielle montrent que cette méthode est efficace (pas de contamination en CO détectable) à condition de nettoyer préalablement la surface de l'échantillon. Il reste à déterminer dans quelle mesure ces observations faites sur la glace artificielle peuvent être extrapolées à la glace naturelle. Il semble que ce soit le cas pour la glace antarctique dont le comportement au cours d'un cycle de fusion-regel est similaire à celui de la glace artificielle. Par contre, le cas de la glace du Groenland paraît plus complexe, car elle semble induire, dans certaines sections de carotte, une contamination supplémentaire liée vraisemblablement à des processus in situ de production de CO. La méthode d'extraction par fusion-regel a été appliquée à un nombre important d'échantillons provenant de carottes antarctiques et groenlandaises. Pour la première fois, une interprétation en terme de signal atmosphérique a pu être apportée pour des échantillons couvrant les deux derniers siècles. Ainsi, l'analyse des carottes Eurocore (Groenland) et D47 (Antarctique) nous a pennis de retracer l'évolution au cours de la période 1850-1950 de la concentration en CO aux hautes latitudes. Une augmentation d'environ 20% des teneurs en CO apparaît, au cours de cette période, dans l'hémisphère nord, en phase avec l'évolution des sources anthropiques de CO telles que la combustion du charbon et la consommation des carburants liquides. Au cours de la période 1850-1916, l'Antarctique se caractérise, en revanche, par une relative stabilité des teneurs en CO qui suggère que les hautes latitudes sud sont restées influencées, pendant au moins la première partie de l'ère industrielle, par la prédominance de sources naturelles de CO. A partir d'un scénario d'évolution des sources, nous avons montré que ces résultats présentent des implications importantes dans la compréhension du cycle atmosphérique du CO. Ils suggèrent en effet que des sources anthropiques de CO doivent déjà être prises en compte pour la période pré-industrielle, ce qui constitue une contrainte importante pour les modèles. En marge de ces résultats, l'étude de la partie basse de la carotte Eurocore suggère la possiblité d'interactions physico-chimiques au sein de la glace pouvant modifier le signal atmosphérique originel. Le profil de concentration en CO, présente en effet dans cette partie de la carotte, une variabilité importante qui ne peut pas être a priori expliquée par la modification des sources et des puits de CO. L'existence de mécanismes d'oxydation de la matière organique contenue dans la glace pourrait être à l'origine des variations observées sur ces niveaux. La similitude du profil de CO avec celui du CO2 dans cette partie de la carotte semble confirmer cette hypothèse.

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Glaciologie
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Citer

Denis Haan. Teneurs en monoxyde de carbone de l'air contenu dans la glace de l'Antarctique et du Groenland. Glaciologie. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00754243⟩
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