Et voilà ma dernière formation s’achève d’ici peu. À quelques jours du grand départ, il est temps de faire le point sur ces deux semaines passées au Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, le LGGE.

Le LGGE

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Le Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement a été fondé en 1958 par Louis Lliboutry. Il rassemble aujourd’hui environ 150 personnes autour de recherches sur la neige et la glace, les glaciers, le climat (atmosphère, glace et océan) et l’environnement. Les terrains de recherche de prédilection des gens qui y travaillent sont les pôles (Nord et Sud) et les massifs montagneux (Massif du Mont Blanc en particulier, Himalaya, …).

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Plaque dans le hall d’entrée du laboratoire.

Je me permets de vous partager ici ce paragraphe, présent sur le site du LGGE :

Au cours de son séjour au Chili, Louis Lliboutry fait partie de l’expédition française dirigée par Lionel Terray, parti en Argentine en 1952 pour gravir le Fitz Roy. C’est en restant au camp de base que L. Lliboutry pris sa décision de créer un laboratoire de glaciologie à Grenoble. Dès son retour en France en 1956, il développe des études sur le glissement des glaciers et obtient de Jean Coulomb, directeur général du CNRS, la direction d’un laboratoire propre du CNRS, à Chamonix, situé à plus de 3 500 m d’altitude. Le laboratoire des rayons cosmiques du col du Midi devient alors le laboratoire de l’aiguille du Midi. Malgré son penchant pour de nouvelles théories, L. Lliboutry a vite saisi l’importance des techniques et des mesures de terrain. Le LGGE comprend alors quelques techniciens et ingénieurs et s’implante en 1961 dans les locaux de l’ancien évêché de Grenoble avec un atelier de mécanique et d’électronique et déjà une chambre froide.

Il est drôle comme la vie fait que les choses se recoupent. Je lisais il a de ça des années l’autobiographie de Terray (que je vous conseille si vous aimez la montagne!), et n’ai pas souvenir d’y avoir lu le nom de Louis Lliboutry qui pourtant doit y figurer. J’y rejetterai un œil à l’occasion.

En 1983, le LGGE a changé de directeur et c’est Claude Lorius qui a repris le flambeau. Ce nom vous est peut-être familier, un film concernant sa vie scientifique vient de sortir au cinéma: La glace et le ciel. Claude Lorius a fait partie, en 1957 et à l’âge de 25 ans, du premier hivernage sur le continent antarctique. Le film raconte cette aventure, et met l’accent ensuite sur les grandes découvertes que lui et son équipe ont faites sur l’étude des glaces et des bulles d’air qu’elles contiennent.

Claude Lorius a quitté la direction du LGGE en 1988.

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Dans le hall d’entrée du LGGE encore, affiche du film signée par Claude Lorius.

Les couloirs du labo sont décorés de photos prises en montagne et en Antarctique, au niveau des bases françaises de Dumont d’Urville et Concordia.

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Le mercure, c’est quoi ?

Appartenant à la famille des métaux, c’est le seul d’entre eux à être liquide dans les conditions normales de température et de pression. Inutile de préciser qu’il s’agit d’une espèce chimique toxique, qui à forte concentration peut être très nocive à mortelle.

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Mercure liquide (source non identifiée)

Toujours dans les conditions normales de température et de pression, le mercure est aussi présent dans l’atmosphère sous forme gazeuse et particulaire. Il suit le cycle décrit ci-dessous.

Une BD est censée s’afficher juste là, l’image est grande donc attendez peut-être que ça charge:

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Je me suis amusée plus qu’il n’est avouable à faire cette BD explicative, SORRY! (j’ai respiré trop de mercure ces derniers temps :p) (-insérez ici une spéciale dédicace à Olivier, Hélène, Nicole et Aurélien-)

Minamata

Minamata, petite ville côtière du Japon, est devenue tristement célèbre suite à la maladie et parfois la mort non expliquées de dizaines de milliers de ses habitants à partir de la fin des années 1950 et pendant des décennies. Il a fallu de nombreuses années pour identifier la source de ces maux: le mercure concentré de façon anormalement élevée dans la nourriture de cette population.

Les habitants de Minamata se nourrissent essentiellement de poisson pêché localement, et c’est ce poisson qui présentait une contamination fortement avancée. La raison? Une usine pétrochimique implantée dans la ville, qui utilise le mercure comme catalyseur et le rejette depuis des dizaines d’années directement dans la mer. Le métal s’est accumulé dans les sédiments de la baie et dans l’eau, les organismes fouisseurs l’ont ingurgité en se nourrissant dans les fonds marins, ils ont ensuite été mangés par des petits poissons, qui eux-mêmes ont été mangés par des poissons plus gros, et la chaine alimentaire a ainsi continué, avec des concentrations de plus en plus importantes dans les organismes, jusqu’à l’estomac de l’Homme.

Les troubles chez les habitants de Minamata se sont déclarés d’ordres physique et neurologique (les gens devenaient fous), les enfants naissaient avec des malformations, des handicaps multiples, même lorsque la mère ne présentait aucun symptôme. Bref, je vous passe les photos parce que ce n’est pas joli à voir… :/

Cette catastrophe de Minamata a été un électrochoc pour la communauté internationale concernant les dangers du mercure encore assez méconnus. Des études scientifiques ont été lancées et avec le recul des informations qu’elles ont permis d’apporter, encore bieeeeen des années plus tard, a été adoptée en 2013 la Convention de Minamata. Cette dernière vise à réduire au plus les pollutions au mercure anthropiques, à interdire progressivement l’extraction minière et à interdire les produits et procédés utilisant du mercure à l’horizon 2020.

Elle a été signé par 180 pays (sur les 193 que compte la Terre!). Il faut encore que ces pays signataires la ratifient chacun de leur côté, et lorsque 50% d’entre eux l’auront fait, la convention entrera officiellement en vigueur. Cela est attendu pour 2016-2017.

Pourquoi étudier le mercure dans l’atmosphère ?

Le mercure est présent naturellement dans l’atmosphère, en concentration très faible. Ses sources naturelles sont les volcans, les sols, les conduits volcaniques sous-marins, les zones géologiques riches en mercure ainsi que les eaux douces et les océans, les plantes, les feux de forêt, les cristaux de sel marin et la poussière météorique. La plupart de ces émissions naturelles se font sous forme de vapeurs de mercure élémentaire Hg(0).

Cependant, les études scientifiques tendent à montrer que la moitié à deux tiers du mercure actuellement présent dans le cycle environnemental atmosphérique provient d’activités humaines, avec une augmentation de la contribution anthropique de 1% par an.

En France, les pollutions au mercure proviennent principalement de orpaillage (en particulier en Guyane), des lampes à basse tension, de la combustion du charbon et des incinérateurs de déchets. Le lien avec l’orpaillage est que le mercure a l’intéressante capacité à amalgamer l’or, c’est à dire à l’attirer à lui et former un complexe mercure-or que l’on chauffe ensuite pour évaporer le premier et récupérer le deuxième.

Étudier l’atmosphère dans le cadre de la surveillance du mercure est primordial car c’est le milieu de propagation le plus rapide depuis les lieux de pollution :

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Le mercure atmosphérique produit à un endroit donné met seulement 2 jours pour faire le tour de la Terre à une même latitude (grâce aux cellules de convection atmosphériques). Il met 2 mois à se répartir dans tout l’hémisphère, et 1 an à passer dans l’autre moitié du globe. (durées moyennes)

L’atmosphère est aussi un milieu où le mercure réagit avec beaucoup d’espèces, en particulier l’ozone et les composés chimiques halogénés (brome, iode, chlore, etc).

Pour le moment, tant que le mercure reste dans l’atmosphère, il est à des concentrations trop faibles pour être directement nuisible à notre santé. Vous ne risquez pas en vous baladant le dimanche après-midi de soudain vous asphyxier à cause de lui! Sa concentration moyenne dans l’hémisphère Nord est de 2-2,5 ng/m3, et dans l’hémisphère Sud de 1 ng/m3. En revanche, là où cela devient problématique, c’est une fois qu’il est passé dans l’océan. Comme nous l’avons vu avec le cas de Minamata, il y fait son entrée dans la chaine alimentaire et en remontant celle-ci il s’y concentre de plus en plus. Les poissons de fin de chaine alimentaire (thon, saumon, requin, etc) sont ceux qui ont accumulé le plus de mercure en mangeant plein de poissons qui eux mêmes avaient mangé plein de poissons, qui eux mêmes […] qui eux mêmes ont ingurgité le métal au fond de l’océan.

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Rassurez-vous, de même que pour l’air vous n’allez pas mourir en finissant votre assiette demain soir. Le danger est pour le moment important dans les zones particulièrement polluées et pour les populations mangeant de grandes quantités de poisson sur le long terme. Mais avec la concentration en mercure qui augmente d’année en année dans l’atmosphère, ce risque s’étend aussi.

Les programmes GMOS et GMOstral

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GMOS, pour Global Mercury Observation System, est un réseau mondial de mesure du mercure atmosphérique qui a été créé en 2010 avec des financements de l’UE pour une durée de 5 ans. Il s’inscrit dans le cadre des études scientifiques qui ont été lancées suite à la Convention de Minamata.

Avec un budget de 8 millions d’euros, 24 partenaires, et 40 sites de mesure atmosphérique répartis autour du globe, il a permis ces 5 dernières années d’avoir une première idée de ce qui transite dans l’atmosphère, et ce qui se dépose via les précipitations et risque d’entrer dans la chaine alimentaire.

C’est dans le cadre de ce grand projet qu’a été mis en place au LGGE son petit frère GMOStral, qui s’est concentré sur l’étude du mercure atmosphérique au niveau de quatre sites de l’hémisphère Sud: l’île d’Amsterdam, les bases de Dumont d’Urville et de Concordia en Antarctique, et un site à Chacaltaya en Bolivie. Lors du lancement de GMOS en 2010 des observatoires effectuant ces mesures étaient déjà en place à certains endroits sur Terre, mais répartis de façon très déséquilibrée entre les deux hémisphères. L’hémisphère Sud était quasiment dépourvu de mesures, et cela posait problème aux modélisateurs. L’apport de données de GMOStral est donc très intéressant et important.

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Capture d’écran de la présentation de GMOStral sur le site de l’IPEV (cliquez sur l’image pour accéder à la source)

GMOStral est en place depuis 2011-2012 grâce au soutient de l’IPEV qui fournit l’aide logistique indispensable pour se rendre sur les districts des TAAF (et qui accessoirement aussi paie les hivernants qui vont s’occuper des mesures). Je vais donc faire partie de la 5ème génération d’hivernants à participer au programme. Alors que jusqu’à maintenant il y avait chaque automne 5 futurs hivernants formés sur la mesure du mercure (2 pour Amsterdam, 2 pour Dumont d’Urville et 1 pour Concordia), nous ne sommes plus que 2 cette année: Nicole qui part à Concordia, et moi. Il y a en effet eu réduction d’effectif à Ams où étaient jusqu’alors recrutées deux personnes pour le poste que j’occupe seule, et GMOstral s’arrête totalement à DDU pour différentes raisons.

Le Tekran

Concrètement sur l’île d’Amsterdam, je vais faire quoi?

Je vais m’occuper d’un Tekran. Il s’agit là du petit nom de l’appareil de mesure du mercure atmosphérique (le nom de la boite qui les fabrique au Canada pour être plus précise).

Il existe différents modèles de Tekran, dont certains mesurent spécifiquement le mercure particulaire (Hg(p)) ou le mercure gazeux réactif (Hg(2+)). Ces deux modèles étaient par exemple jusqu’à cette année présent sur Ams, mais on les démonte car ils mesurent des quantité très très faibles et sont en fin de vie. Il ne va rester donc que le troisième Tekran qui lui mesure Hg(0), le mercure élémentaire gazeux qui représente en moyenne 90% du mercure atmosphérique. L’appareil coûte 40.000 €, et il faut compter en plus 10.000€ de maintenance normale chaque année (changement de filtres, usure des pièces, etc). Si vous multipliez ça par les 4 sites de GMOStral dans l’hémisphère Sud jusqu’alors en fonctionnement, ça fait un sacré budget et avec les financement de GMOS qui s’arrêtent (on arrive au bout des 5 ans du programme) il devient difficile de trouver les sous (une p’tite pièce m’sieurs dames?)

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Le Tekran capot ouvert au labo

Le principe de mesure est simple, semblable à celui de l’appareil de mesure de l’ozone aperçu au LSCE.

L’air extérieur est pompé via un tuyau en téflon (matériel non réactif avec le mercure), passe dans des filtres qui vont piéger les particules de l’air et le mercure réactif, puis passe dans le Tekran en lui même où des pièges en or vont capter le Hg(0). Ces pièges peuvent retenir 20 à 50 fois plus de mercure que ce que l’on mesure dans l’atmosphère, on a donc une bonne marge de manœuvre 🙂

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Piège constitué de microbilles recouvertes d’or. L’or a la capacité d’attirer le mercure et de former un amalgame avec lui.

Une fois le mercure piégé sur l’or, le pompage extérieur s’arrête et un flux d’argon est envoyé dans le piège qui est alors chauffé à 400°C. À cette température l’amalgame or-mercure se défait et le mercure libéré est emporté par l’argon qui le transporte un peu plus loin dans l’appareil où une lampe UV l’attend.

La lampe excite les atomes de mercure à l’exacte longueur d’onde (254.3 nm) qui leur correspond, et la concentration de ces atomes est ensuite mesurée grâce à un photomultiplicateur.

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Test de l’efficacité des pièges en or et vérification de l’absence de fuites dans le système.
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Piège en or en attente de test dans le Tekran.
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Changement de pièges.

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Ams

Sur Ams, les valeurs tournent autour de 1 nanogramme de Hg(0) par mètre cube d’air. Comme je vous l’expliquais dans mon article sur le séminaire de l’IPEV, les mesures sur l’île sont une référence de bruit de fond atmosphérique de l’hémisphère Sud. Nous sommes en effet les plus éloignés de toute source de pollution. L’idée est de surveiller ce bruit de fond et voir si les mesures prises pour réduire les pollutions au mercure on un impact sur lui au fil des années.

On peut quand même parfois observer des faibles variations dans les mesures, selon la direction des vents dominants: des vents venant du Sud (donc de l’Antarctique) ont une faible concentration en Hg, alors que de forts vents d’ouest des 40èmes rugissants cumulés avec les grands feux de biomasse en hiver (Juillet à Octobre) en Afrique du Sud apportent des concentrations en Hg plus élevées. Il est intéressant d’alors comparer mes données avec celles que mesurera Guillaume en radon atmosphérique, car le radon est un traceur des masses d’air provenant des continents (Rn est produit dans les sols par radioactivité et, en tant que gaz, s’échappe dans l’atmosphère).

En plus de la mesure de Hg(0) avec le Tekran, je procèderai aussi à la collecte régulière des eaux de pluie. En effet, comme expliqué plus haut, les précipitations sont un vecteur privilégié pour le transfert du mercure atmosphérique vers la surface de la Terre et donc vers la chaîne alimentaire et vers les problèmes..! Le collecteur installé à Ams est automatisé et ne s’ouvre que lorsqu’il pleut. Je devrai assurer sa maintenance, et stocker les échantillons en chambre froide pour les envoyer ensuite en métropole où ils seront analysés.

Deux semaines fort agréables

Voilà un peu tout ce que je peux vous dire pour résumer ma formation à Grenoble. J’ai passé deux très bonnes semaines ici, au labo mais aussi avec Camille et François, entre balades, explosion d’estomac et match de rugby au Stade des Alpes 🙂 Je termine ma préparation en beauté!

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Petite fondue savoyarde pour bien commencer le repas…
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… et petite fondue au chocolat pour bien le finir!
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Super ambiance au match de rugby opposant Grenoble à Toulon. « Ici, ici, c’est Grenoble! »
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La vue sur le massif de Belledonne à la tombée du jour, magnifique!

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