Il y a plus de deux mois, La chercheuse de l'EPFL Julia Schmale a rejoint l'équipage du Polarstern, un brise-glace de recherche allemand qui dérive lentement dans les eaux gelées depuis le nord de la Sibérie vers le Svalbard depuis septembre de l'année dernière. Le navire transporte une équipe internationale de scientifiques dans une expédition de recherche d'un an, travailler dans des conditions inhabituelles et souvent difficiles :météo changeante, des températures descendant jusqu'à –40°C, ténèbres interminables laissant place à la lumière du jour sans fin, et de la glace à perte de vue.

L'équipage effectue des recherches dans le cadre d'une grande expédition intitulée Observatoire dérivant multidisciplinaire pour l'étude du climat arctique, ou MOSAiC en abrégé, qui vise à obtenir des informations fondamentales sur les conditions dans l'Arctique, l'impact du changement climatique sur la région et vice versa l'influence de la région sur le changement climatique mondial.

Schmalé, un scientifique de l'atmosphère, dirige l'équipe de recherche atmosphérique de l'observatoire. Elle avait prévu un retour mi-avril en Suisse, où elle a récemment été nommée à la tête du tout nouveau Laboratoire de Recherche sur les Environnements Extrêmes de l'EPFL, mais la crise du COVID-19 signifie qu'elle restera à bord jusqu'au début juin. Schmale n'est pas étranger aux environnements polaires, ayant participé à l'Antarctique Circumnavigation Expedition (ACE) en 2017. Son rôle dans cette dernière expédition est d'étudier comment les molécules et particules aéroportées influencent les formations nuageuses dans l'Arctique. Dans cet entretien, elle nous parle en première ligne de vivre et de travailler dans cet environnement extrême, ce que c'est que de se diriger vers la banquise, ainsi que les objectifs et les méthodes de sa recherche. L'intégralité de l'interview sera prochainement à lire sur le site de l'EPFL Out there.

Qu'est-ce que ça fait de vivre et de travailler sur la glace?

"Imprévisible. Le paysage de glace change fréquemment et de nouvelles fissures, des dérivations et des crêtes se forment du jour au lendemain, nous empêchent souvent d'atteindre nos sites de recherche sur la glace. Selon la gravité des changements, nous pourrions avoir besoin de rechercher un nouvel itinéraire ou de reprogrammer les activités que nous avions prévues. Parfois, la glace devient dynamique pendant la journée pendant que nous sommes dehors. Quand cela arrive, soit nous devons surveiller de près notre chemin de retour vers le navire, soit nous sommes rappelés par le pont, où l'équipe à bord coordonne et surveille les activités sur la glace. Avant de partir, nous remplissons toujours un journal de bord détaillant qui va où, quel équipement ils transportent et, surtout, qui agit en tant que garde des ours polaires. La plupart d'entre nous sont des gardes d'ours polaires qualifiés, un rôle qui consiste à assurer une veille permanente pendant que nos collègues travaillent. Nous portons un pistolet lance-fusées pour effrayer les ours, ainsi qu'un fusil à utiliser si un animal s'approche trop rapidement de nous. Le 23 avril, nous avons vu le premier ours sur notre banquise depuis notre arrivée début mars.

L'environnement est juste magnifique. Il faisait encore nuit quand nous sommes arrivés, avec seulement une légère lueur du jour à l'horizon. Les sites de recherche sur la banquise semblaient loin, mais ils étaient faciles à atteindre à travers la glace plate. Maintenant, avec le soleil levé 24h/24, tout semble beaucoup plus proche. Mais se déplacer est beaucoup plus difficile car de nombreuses pistes et fissures se sont formées, notamment entre le navire et le principal site de recherche de notre équipe. Avec des températures aux alentours de –20°C, les dérivations ouvertes gèlent relativement rapidement—environ 6 cm en une journée. Parfois, des crêtes se forment lorsque les conduits ouverts se referment et nous pouvons nous retrouver entourés de glace s'élevant jusqu'à 6 mètres de haut en quelques heures seulement. À l'occasion, on entend la glace bouger et, si ça va vite, on peut aussi le voir. C'est aussi fascinant de voir pousser les fleurs de givre. Nous les échantillonnons pour en savoir plus sur leur biogéochimie.

Et qu'en est-il de la météo ?

Nous avons connu toute la gamme des conditions météorologiques de l'Arctique pendant notre séjour ici. Nous avons eu des températures basses persistantes de -40°C, ce qui rend le travail à l'extérieur très difficile et rend certains équipements du navire inutilisables. Mars a été particulièrement orageux, avec des vents forts et quelques voiles blancs complets. Les conditions se sont calmées récemment, bien que. Nous avons un ciel dégagé, soleil et vents légers, un peu comme l'hiver dans les Alpes. Maintenant que nous avons dérivé en dessous de 84°N, les intrusions de masse d'air chaud en provenance de l'Atlantique poussent les températures jusqu'à 0°C, apportant la fonte de surface et la pluie.

Quels échantillons collectez-vous et pourquoi ?

J'étudie dans quelle mesure les émissions naturelles et humaines modifient les nuages ​​arctiques de basse altitude. Ces nuages ​​jouent un rôle vital dans le maintien des bilans énergétiques et massiques de l'Arctique, car ils réfléchissent et absorbent le rayonnement, et parce qu'ils contribuent à la couverture neigeuse par les précipitations. En général, les nuages ​​ne se forment qu'en présence de noyaux de condensation de nuages ​​ou de particules de nucléation de glace. Il s'agit d'un sous-ensemble de particules d'aérosol qui peuvent provenir de sources naturelles telles que les embruns, émissions de phytoplancton ou poudrerie, mais aussi des activités humaines telles que la combustion de combustibles fossiles, autres émissions industrielles et agricoles.

Nous pouvons utiliser notre instrumentation embarquée pour caractériser les particules d'aérosol en fonction de leurs propriétés microphysiques et chimiques. Des variables telles que la concentration numérique, distribution granulométrique, hygroscopicité, la composition chimique et la fluorescence nous aident à comprendre leur origine - naturelle ou humaine - et leurs effets potentiels sur les nuages. Notre objectif final est de comprendre dans quelle mesure les processus naturels par rapport aux processus anthropiques contribuent à la formation des nuages ​​et à l'équilibre énergétique dans l'Arctique, et comment cela pourrait changer à mesure que le soi-disant « nouvel Arctique » évolue et que les émissions humaines changent à l'avenir. Finalement, ces informations peuvent être utilisées dans des scénarios de changement climatique dans l'Arctique.

Qu'avez-vous appris sur l'air arctique jusqu'à présent?

En regardant les données, J'obtiens une image presque en temps réel de la composition de l'atmosphère. Lorsque les masses d'air viennent du nord, de l'Extrême-Arctique, la population d'aérosols est vieillie, c'est-à-dire plusieurs jours à quelques semaines, et se compose principalement d'acide sulfurique. Il s'agit d'un phénomène hivernal courant connu sous le nom de brume arctique, lorsque les émissions de dioxyde de soufre, provenant principalement de l'activité humaine aux latitudes moyennes et élevées, s'accumulent au cours de l'hiver. La brume a commencé à se former en novembre. Initialement, la concentration était d'environ 50 particules par centimètre cube. Il est maintenant passé à 200.

Lors de conditions orageuses, la neige salée est soulevée dans l'air où elle forme des particules d'aérosol. Le nombre de particules dépend de plusieurs facteurs, y compris la microstructure de la neige, à quel point il était pressé par le vent, et sa rugosité de surface. Étant donné que ces particules représentent une part importante de la population globale d'aérosols, ils jouent probablement un rôle important dans la formation des nuages.

Lorsque des masses d'air arrivent du sud, cependant, toutes ces variables sont différentes. Les particules ont été traitées par les nuages, et d'origine différente, taille et composition chimique. La mi-avril est le moment où les efflorescences phytoplanctoniques se produisent dans l'Atlantique. Ces blooms émettent du sulfure de diméthyle, qui est transformé en acide méthanesulfonique, un traceur que nous voyons maintenant dans les particules d'aérosol. Nous avons également trouvé des halogènes (acide iodique et brome) dans la population d'aérosols. Ceux-ci sont d'origine plus locale, et sont reliés à la chimie de la neige et au rayonnement UV. Et, bien sûr, nous voyons aussi des particules d'échappement du navire, motoneiges et hélicoptères. Ils portent une signature distinctive qui les distingue des autres types d'aérosols.

Avez-vous personnellement observé des changements dans le climat arctique?

C'est une question difficile. Je n'ai pas de référence fiable car c'est la première fois que je, comme beaucoup d'autres membres de l'équipe, have been this far north at this time of year. En général, we didn't anticipate observing so much mobile ice so early in the year. We expected to see a much more consolidated ice pack. But this might not necessarily be a sign of climate change. What was striking, cependant, was that precipitation fell as rain instead of snow when Atlantic air masses arrived in mid-April.

Is the COVID-19 crisis affecting life on an Arctic research vessel?

Oui, definitely. It's affecting us in two main ways. D'abord, we're all hearing news from home about how the world has changed and what it means for our families, friends and colleagues. It's a real cause for concern and we talk about the pandemic a lot. Seconde, the outbreak has disrupted the crew changeover schedule. It's taken us several weeks to figure out our options, given the travel restrictions in force around the world. Despite the delays and uncertainty around when we'll return home, I'm happy to report that crew morale is high. We've grown together as a fantastic team of scientists who communicate openly and look out for each other. It's also made my job much easier, as one of the five science team leaders on board.

As someone who's used to spending long periods on boats, how are you coping with living under lockdown?

I'd hardly call this a lockdown. We have a lot more freedom than people back at home. We can still work, sortir, hold social gatherings, exercise and eat together. Bien sûr, we can't travel far from the ship and our activity options are limited. But you don't really notice those things when you're surrounded by such a fascinating environment, making friends and building new working relationships. All in all, it's been an immensely satisfying and rewarding experience."