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Densification du névé, diffusion des gaz

par Administrateur Un - 23 mars 2011 - ( maj : 23 mars 2011 )

La densification du névé en milieu polaire comprend essentiellement trois étapes :

  • Réarrangement mécanique des grains de neige. Les excroissances des grains de neige formés dans l’atmosphère se cassent, les grains se compactent jusqu’à atteindre une densité maximale par simple réarrangement mécanique (densité de 0,55).
  • Densification par frittage. Les molécules d’eau migrent à la surface des grains pour aller des zones d’énergie maximale vers celles d’énergie minimale. Les petits grains disparaissent au profit des plus gros. La densité finale est d’environ 0,84. La fermeture des bulles d’air prend place essentiellement dans le domaine de densité allant de 0,78 à 0,84.
  • Compaction de la glace bulleuse. La pression dans les bulles, égale à la pression atmosphérique au moment de leur fermeture, augmente ensuite jusqu’à atteindre un équilibre avec la pression hydrostatique. On tend ensuite plus profondément vers la densité de la glace pure (typiquement 0,92).

Le gaz piégé subit éventuellement une dernière modification physique en profondeur dans la glace, là où la température et la pression sont telles que le gaz ne peut plus coexister avec la matrice glace séparément. Il se forme alors des clathrates, c’est à dire des cages de molécules d’eau renfermant des molécules de gaz. Là encore, il s’agit d’un phénomène progressif. Au coeur du plateau antarctique, cette formation des clathrates prend place typiquement entre 500 et 1500 m de profondeur dans la calotte de glace.

La migration des gaz atmosphériques jusqu’au piégeage dans les bulles se produit suivant trois zones :

  • Zone convective : Les fluctuations de température et de pression génèrent un échange permanent des gaz entre la neige et l’atmosphère. Cette zone s’étend typiquement jusqu’à 10 à 15m de profondeur.
  • Zone diffusive : Les conditions de température et de pression y sont pratiquement constantes. Les gaz y migrent alors par diffusion moléculaire, sous l’effet des gradients de concentration et sous l’influence du champ de gravité. Les gaz les plus lourds ont tendance à s’enrichir en profondeur. L’effet de la gravité demeure faible dans l’absolu (enrichissement de 0,02% du CO2 par exemple), mais il peut être pris en compte en mesurant une espèce dont la concentration dans l’atmosphère est constante (par exemple le rapport 15N/14N de l’azote moléculaire).
  • Zone non diffusive : La vitesse verticale des gaz devient égale à celle de la neige à la même profondeur ; la diffusion apparente devient nulle. Toutefois la fermeture progressive des bulles engendre un fractionnement supplémentaire de certains gaz en fonction de leur diamètre moléculaire au travers des fins capillaires séparant les bulles les unes des autres.

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