Résultat scientifique

L’intensification des vents d’ouest responsable d’une augmentation de la fonte en Antarctique

5 septembre 2022 by osuadmin

La calotte glaciaire antarctique représente le plus grand contributeur potentiel à l’élévation globale du niveau des mers. Cette contribution est largement contrôlée par la fonte basale des plateformes de glace (extensions flottantes de la calotte glaciaire ou ice shelves). L’impact des variations climatiques, et tout particulièrement des variations de régime des vents circumpolaires, sur la fonte basale est encore mal connu. Ainsi, on ne sait pas comment l’augmentation du Mode Annulaire Austral (SAM en anglais) va influencer la fonte basale des ice shelves. L’indice SAM est une mesure de la différence de pression atmosphérique entre les moyennes et hautes latitudes de l’hémisphère sud. Les phases positives du SAM sont caractérisées par une intensité accrue et un déplacement vers le sud de la ceinture de vents d’ouest. Elles entraînent un apport accru d’eaux chaudes et salées (upwelling) vers les ice shelves, ainsi qu’une augmentation de la température et de la salinité de l’océan de subsurface près de la base des ice shelves. Le contraire se produit pour les phases négatives du SAM.

Une nouvelle étude, menée par un consortium international impliquant des scientifiques de l’Université Catholique de Louvain en Belgique, du CEREGE, de l’IGE et de l’Université de Northumbria au Royaume-Uni, a étudié l’intensification du SAM. Pour cela, l’équipe a réalisé des expériences numériques idéalisées à l’échelle de l’Antarctique avec un modèle simulant les interactions entre l’océan et la glace de mer, tout en prenant en compte la circulation océanique sous les ice shelves pour différentes phases du SAM. L’étude montre qu’une augmentation d’environ 30 % du SAM entraîne une perte nette de masse basale de 40 Gt an-1 (c’est-à-dire environ la moitié du changement de masse de la calotte glaciaire antarctique sur la période 1992-2011), avec de forts contrastes régionaux autour de l’Antarctique. La compréhension des facteurs physiques à l’origine de cette fonte contrastée fournit des informations essentielles pour appréhender l’élévation future du niveau des mers.

Voir en ligne : L’article sur le site de l’INSU

Une nouvelle compréhension du cycle du mercure dans l’Océan Arctique

5 septembre 2022 by osuadmin

La faune arctique contient des niveaux de mercure des plus élevés. La compréhension de l’Océan Arctique est essentielle pour en comprendre les raisons, car le méthylemercure, une neurotoxine bioaccumulable, est formé à partir de mercure inorganique dans l’océan lui-même. Une nouvelle étude révise le bilan du mercure dans l’océan Arctique. Ces travaux constatent que le bilan révisé du mercure dans l’Océan Arctique (environ 1 870 tonnes) est inférieur aux estimations précédentes (2 847 à 7 920 tonnes), ce qui implique une plus grande sensibilité au changement climatique et aux émissions anthropiques. Les résultats mettent à jour la compréhension actuelle du cycle du mercure dans l’Arctique.

La sédimentation du mercure particulaire (122 ± 55 tonnes par an) des eaux de surface vers les sédiments du plateau continentale est le plus grand mécanisme d’élimination du mercure dans l’Océan Arctique. Le bilan révisé de l’Océan Arctique suggère que l’enfouissement du mercure dans les sédiments du plateau continentale (42 ± 31 tonnes par an) pourrait être sous-estimé de plus de 100% (52,2 ± 43,5 tonnes par an). Des chercheurs de l’institut méditerranéen d’océanologie (MIO / CNRS / Aix-Marseille Université / IRD / Université de Toulon), de l’université norvégienne de la science et technologie (NTNU), de l’institut norvégien pour la recherche pour l’eau (NIVA) ont organisé plusieurs expéditions océanographiques en mer de Barents, jusqu’à présent seulement possible en été.

Les premières observations pendent la nuit polaire, publiée le 18 Juillet 2022 dans Nature Geoscience, montrent une perte d’un tiers du mercure total entre l’été et l’hiver, et mettent en évidence un nouveau mécanisme d’enlèvement par le manganèse provenant des sédiments. Aucun changement des concentrations de méthylmercure sont observées, probablement dues à une plus faible affinité pour les particules et à la présence d’espèces gazeuses (dimethylemercure). L’étude du cycle du mercure montre qu’il faudrait réévaluer les budgets et les modèles en considérant l’aspect saisonnier. Le temps de vie du méthylemercure dans l’océan arctique est plus long (25 ans) que celui du mercure inorganique (3 ans), et cette étude suggérée des niveaux élevés de méthylmercure à l’avenir.

Le doctorant Stephen G. Kohler sur la glace de mer arctique.

Crédit : Christian Morel

Voir en ligne : L’article sur le site de l’INSU

Tchouri sous l’œil de Rosetta

22 janvier 2015 by osuadmin

De forme surprenante en deux lobes et de forte porosité, le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (surnommée Tchouri) révèle une large gamme de caractéristiques grâce aux instruments MIRO, VIRTIS et OSIRIS de la mission Rosetta de l’ESA, à laquelle participent notamment des chercheurs du CNRS et de plusieurs universités ¹, avec le soutien du CNES. On notera notamment pour ce qui concerne notre région la forte implication du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) ². Au nombre de sept, leurs études, publiées le 23 janvier 2015 dans Science, montrent également que la comète est riche en matériaux organiques et que les structures géologiques observées en surface résultent principalement des phénomènes d’érosion. L’instrument RPC-ICA a quant à lui retracé l’évolution de la magnétosphère de la comète alors que l’instrument ROSINA cherche les témoins de la naissance du système Solaire.

Le noyau de 67P/Churyumov-Gerasimenko

**Exemple de trou circulaire observé sur le noyau de la comète 67P.** L’augmentation du contraste révèle la présence d’activité Image prise par la caméra OSIRIS-NAC le 28 août 2014 depuis une distance de 60 km, avec une résolution spatiale de 1 m/pixel. *Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA*

Les images de la comète 67P prises par la caméra OSIRIS montrent une forme globale inhabituelle composée de deux lobes séparés par un « cou » dont l’origine demeure inexpliquée. Sa surface de composition globalement homogène présente une grande diversité de structures géologiques qui résultent des phénomènes d’érosion, d’effondrement et de redéposition. L’activité de la comète, surprenante à grande distance du Soleil, se concentre actuellement dans la région du « cou ». L’ensemble des images a permis de réaliser un modèle en trois dimensions de la comète et la topographie détaillée du site original d’atterrissage de Philae. Combiné avec la mesure de la masse, ce modèle a donné la première détermination directe de la densité d’un noyau cométaire qui implique une très forte porosité. Ce modèle fournit également le contexte « cartographique » pour l’interprétation des résultats des autres expériences.

Les propriétés de surface de 67P/Churyumov-Gerasimenko

L’instrument MIRO a permis aux chercheurs d’établir une carte de la température sous la surface de 67P. Celle-ci montre des variations saisonnières et diurnes de température qui laissent supposer que la surface de 67P est faiblement conductrice au niveau thermique, en raison d’une structure poreuse et peu dense. Les chercheurs ont également effectué des mesures du taux de production d’eau de la comète. Celui-ci varie au cours de la rotation du noyau, l’eau dégagée par la comète étant localisée dans la zone de son « cou ».

Une comète riche en matériaux organiques

VIRTIS a fourni les premières détections de matériaux organiques sur un noyau cométaire. Ses mesures de spectroscopie indiquent la présence de divers matériaux contenant des liaisons carbone-hydrogène et/ou oxygène-hydrogène, la liaison azote-hydrogène n’étant pas détectée à l’heure actuelle. Ces espèces sont associées avec des minéraux opaques et sombres tels que des sulfures de fer (pyrrhotite ou troïlite). Par ailleurs, ces mesures indiquent qu’aucune zone riche en glace de taille supérieure à une vingtaine de mètres n’est observée dans les régions illuminées par le Soleil, ce qui indique une forte déshydratation des premiers centimètres de la surface.

La naissance de la magnétosphère d’une comète En utilisant l’instrument RPC-ICA, les chercheurs ont retracé la naissance de la magnétosphère, depuis les premières détections d’ions aqueux jusqu’au moment où l’atmosphère cométaire a commencé à stopper le vent solaire (aux alentours de 3,3 UA ³). Ils ont ainsi enregistré la configuration spatiale de l’interaction précoce entre le vent solaire et la fine atmosphère cométaire, à l’origine de la formation de la magnétosphère de « Tchouri ».

**Carte de température sous la surface du noyau (en iso-contours) mesurée par l’instrument MIRO**
L’illumination de la surface du noyau est représentée en arrière-plan. Les plus basses températures (-250 °C, en bleu) sont sur la face non ensoleillée (à gauche sur la figure).
*Crédit : Gulkis et al.*

67P/Churyumov-Gerasimenko, témoin de la naissance du système Solaire

Formées il y a environ 4,5 milliards d’années et restées congelées depuis, les comètes conservent les traces de la matière primitive du système Solaire. La composition de leurs noyaux et de leurs comae donne donc des indices sur les conditions physico-chimiques du système Solaire primitif. L’instrument ROSINA de la sonde Rosetta a mesuré la composition de la coma de 67P (la coma, ou chevelure, est une sorte d’atmosphère assez dense entourant le noyau, elle est composée d’un mélange de poussières et de molécules de gaz) en suivant la rotation de la comète. Ces résultats indiquent de grandes fluctuations de la composition de la coma hétérogène et une relation coma-noyau complexe où les variations saisonnières pourraient être induites par des différences de températures existant juste sous la surface de la comète.

**Surface de la comète**
La composition de la surface de la comète est très homogène avec une petite différence au niveau de la région du cou qui serait peut-être en glace.
*Crédit : F. Capaccioni et al.*

Les poussières de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Le détecteur de poussière GIADA a déjà récolté une moisson de données (taille, vitesse, direction, composition) sur les poussières de dimensions de 0,1 à quelques millimètres émises directement par le noyau. En complément, les images d’OSIRIS ont permis de détecter des poussières plus grosses en orbite autour du noyau, probablement émises lors du précédent passage de la comète.

**Mesures ROSINA**
Rapport CO2/H2O mesuré par ROSINA sur la comète durant la période du 17 août au 22 septembre 2014.
*Crédit : ESA/Rosetta/ROSINA/UBern, BIRA, LATMOS, LMM, IRAP, MPS, SwRI, TUB, Umich*

Les laboratoires français impliqués dans ces études sont
Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/ Aix-Marseille Université)
Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC/Université Paris Diderot)
Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/UPMC/UVSQ)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier)
Laboratoire de physique et de chimie de l’environnement et de l’espace (CNRS/Université d’Orléans)
Institut de planétologie et astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier)
Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC/ENS/Université de Cergy-Pontoise)
Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud)
Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS/Université de Lorraine)

1. Aix-Marseille Université, UPMC, Université Paris Diderot, UVSQ, Université Toulouse III – Paul Sabatier, Université d’Orléans, Université Joseph Fourier, Université de Cergy-Pontoise, Université Paris-Sud, Université de Lorraine ainsi que l’Ecole Normale Supérieure. Des laboratoires mixtes de l’Observatoire de Paris sont également impliqués.

2. Le LAM a notamment conçu et développé la caméra OSIRIS-NAC, instrument imageur à haute résolution spatiale en partenariat avec la société ASTRIUM et plusieurs laboratoires européens.

3. L’unité astronomique (UA) représente la distance moyenne Terre-Soleil. La valeur de 150 millions de kilomètres est communément admise pour 1 UA.

James Webb : Premières images d’une exoplanète dans l’infrarouge moyen

6 septembre 2022 by osuadmin

Neuf mois après son lancement, le télescope spatial James Webb fournit des images inédites d’une exoplanète, les premières jamais obtenues dans l’infrarouge moyen. Ce type d’images doit révolutionner notre connaissance des mondes extrasolaires. Une équipe d’astronomes français a été impliquée dans les observations de cette planète et dans la conception des coronographes du télescope.

Lancé le 25 décembre 2021, le James Webb a terminé sa phase de tests en Juillet 2022. Les programmes scientifiques ont depuis débuté et produisent déjà leurs premiers résultats, dont la première image d’une exoplanète obtenue dans l’infrarouge moyen, HIP 65426 b. Il s’agit d’une exoplanète géante très jeune, d’environ 15 millions d’années, située à 90 unités astronomiques de son étoile. D’une masse estimée à environ 7 masses de Jupiter, elle avait été découverte avec l’instrument européen SPHERE [1] au Very Large Telescope [2] en 2017. Les instruments du James Webb rendent désormais possible son observation directe dans l’infrarouge.

C’est grâce aux instruments NIRCAM et MIRI qu’HIP 65426 vient d’être observée dans le cadre d’un programme « Early Release Science » mené par une collaboration internationale incluant plusieurs chercheurs français des laboratoires de l’AIM [3] , IPAG [4] , du LAM [5] , du LESIA [6] , et Lagrange [7] . MIRI est le seul instrument en infrarouge moyen du James Webb. Son système imageur a été conçu en partie par un consortium de laboratoires français mené par le laboratoire AIM. Il embarque un système coronographique grâce auquel la lumière provenant de l’étoile centrale est fortement atténuée, ce qui permet d’obtenir des images des exoplanètes et d’étudier leur atmosphère. Les coronographes de MIRI, qui reposent sur une innovation technologique inventée à l’Observatoire de Paris-PSL atteignent des performances meilleures que celles initialement prévues. La publication récente de ces résultats montre que la lumière stellaire peut être atténuée d’un facteur 10 000 à 100 000. Ces coronographes fonctionnent aux longueurs d’ondes de 10.65, 11.40 et 15.50 microns, choisies spécialement pour sonder l’atmosphère des exoplanètes géantes, identifier des molécules comme l’ammoniac, et complémenter les observations obtenues au sol en infrarouge proche.

Les données recueillies sur HIP 65426 b fournissent la première mesure fiable de la température qui règne dans l’atmosphère de cette exoplanète : 1400°C. Cela correspond à la température de la flamme d’un briquet. On s’attend ainsi à ce que des petits grains de poussière formés de silicates se forment et restent en suspension dans l’atmosphère de l’objet. JWST démontre ainsi son potentiel pour étudier en détail les propriétés physico-chimiques de ces mondes extrasolaires et mieux comprendre leur formation. Les images pourraient aussi révéler de nouvelles planètes encore inconnues dans ces systèmes.

Ces images spectaculaires sont les premières du programme ERS 1387, entièrement dédié aux observations directes de systèmes planétaires proches . Les chercheurs étudieront notamment un système encore plus jeune de 5 Millions d’années, autour duquel il reste encore énormément de gaz et de poussières pour par exemple déterminer si ces poussières contiennent de la glace d’eau comme les comètes dans notre système solaire.

: images de l’exoplanète HIP 65426 b observées par NIRCAM (3.3 et 4.4 microns) et MIRI (11.4 et 15.5 microns). L’étoile blanche indique la position de l’étoile hôte.

Crédit : NASA/STScI/ESA publié par Carter et al. 2022

Images coronographiques simulées (en haut) et mesurées (en bas) avec les 4 coronographes de MIRI fonctionnant aux longueurs d’onde 10.65, 11.40, 15.50 et 23.00 microns.

Crédit : Boccaletti et al. 2022

Et si nos océans (sub)tropicaux captaient plus de CO2 que prévu ?

10 octobre 2022 by osuadmin

L’océan constitue un puits de carbone, porteur d’enjeux majeurs dans l’évolution du climat. Parmi les phénomènes impliqués dans le piégeage de CO₂ par l’océan, le plancton végétal (ou phytoplancton) absorbe le CO₂ par photosynthèse, fabrique de la matière organique constituée de carbone, qui est transférée le long de la chaine alimentaire marine. A la mort des organismes, une partie de ce carbone sédimente au fond des océans sous forme de neige marine, soustrayant ainsi du CO₂ à l’atmosphère. C’est ce que l’on appelle la pompe biologique à carbone. De nouvelles études montrent que cette pompe pourrait capter plus de carbone que prévu.

L’océan (sub)tropical (environ 50% de la surface de l’océan global) est considéré comme peu efficace à piéger du CO₂, car il est pauvre en azote (un nutriment essentiel), ce qui limite la croissance du phytoplancton. Ces vastes régions abritent pourtant des organismes appelés ‘diazotrophes’, qui fixent du CO₂ et fertilisent aussi les eaux de surface en azote, soutenant ainsi la chaîne alimentaire. Cependant, il est aujourd’hui admis que les diazotrophes ne chutent pas vers l’océan profond, mais sont recyclés dans la couche de surface, restituant leur CO₂ à l’atmosphère. Des études menées dans le cadre du projet TONGA (Pacifique Sud) remettent en cause ce paradigme : c’est en effectuant des mesures dans l’océan profond à l’aide d’un couplage d’outils collectant la neige marine qu’une équipe de recherche d’un domaine INSU (voir encadré) a démontré que les diazotrophes chutent vers l’océan profond, contribuant à la majeure partie du flux d’export de carbone. L’étude révèle en outre que les organismes sont peu dégradés, voire quasi intacts à cette profondeur, suggérant une chute rapide et donc un faible recyclage en CO₂ pendant la descente. Une étude complémentaire révèle que certains de ces organismes (Trichodesmium) sont encore vivants à 1000 m de profondeur, confirmant leur chute rapide (plusieurs centaines de mètres par jour) vers l’océan profond, où ce carbone sera piégé sur le long terme. Ces travaux appellent à explorer en détail le rôle des diazotrophes dans la pompe biologique à carbone, afin de comprendre leur rôle potentiel dans l’océan du futur, ce qui sera réalisé dans le cadre du projet HOPE [1].


Neige marine: Crédit : Newatlas

Voir en ligne : Le communiqué sur le site de l’INSU

Les tourbières comme point de bascule du climat

9 novembre 2022 by osuadmin

Les tourbières ne recouvrent que 3 % de la surface continentale terrestre mais renferment un tiers du stock de carbone des sols mondiaux. Une équipe internationale de scientifiques, dont certains du CNRS-INSU (voir encadré), vient de démontrer qu’en s’asséchant, les plus vastes tourbières tropicales situées dans le bassin central du Congo [1] pourraient ne plus être en mesure de stocker le carbone des végétaux qui s’y accumule, mais plutôt libérer du CO₂ dans l’atmosphère et contribuer ainsi au réchauffement climatique. Les tourbières du bassin central du Congo apparaissent donc comme des écosystèmes vulnérables dont le fonctionnement est à prendre en compte dans les modèles climatiques globaux.

L’équipe, lors d’une expédition dans cette région, a procédé au prélèvement d’échantillons afin d’étudier la sensibilité de cet écosystème face au changement climatique. En datant des carottes de tourbe, les scientifiques ont observé des taux d’accumulation de tourbe très faible entre 7 500 et 2 000 ans avant aujourd’hui, dans toute la région. De plus, une reconstitution paléo-hydrologique (enregistrement des conditions de pluie du passé) a montré qu’entre 5 000 ans et 2 000 ans avant aujourd’hui, le climat est devenu progressivement plus sec. Ce qui a asséché les marécages et donc exposé à l’air des couches de tourbe plus anciennes entrainant une dégradation plus importante de cette tourbe, montrée par les analyses géochimiques : dégradation ayant probablement mené à une minéralisation de la tourbe (c’est-à-dire sa « transformation »en CO₂), ceci expliquant ainsi les faibles taux d’accumulation montrés par les datations. On constate donc une perte massive et généralisée de tourbe qui ne s’est arrêtée que lorsque la sécheresse a cessé, permettant à la tourbe de recommencer à s’accumuler.

Les résultats montrent donc que les tourbières du Congo stockent du carbone dérivant des végétaux, dès lors qu’elles sont recouvertes en permanence par de l’eau, facteur favorable à une lente décomposition des végétaux et à une préservation dans le sol de la matière organique qui en dérive durant des millénaires. Finalement, si le changement climatique assèche les tourbières au-delà de leur point de bascule [2], celles-ci libéreront des quantités significatives de carbone dans l’atmosphère, accélérant ainsi le changement climatique.

: Tourbière boisée de la Cuvette Centrale congolaise (Département de la Cuvette, République du Congo)

Crédit : Yannick Garcin

Voir en ligne : Le communiqué sur le site de l’INSU