​Les calottes polaires forment une excellente archive des variations passées de l'atmosphère et du climat polaire. Les carottes extraites jusqu'à présent couvrent 800 000 ans d'histoire en Antarctique et permettent de mieux connaître les variations passées du climat. Un lien a été mis en évidence entre les températures antarctiques et la teneur en CO₂ durant le passé : de manière générale, les températures étaient élevées durant les périodes à forte teneur en CO₂ atmosphérique et vice versa. Mais, l'effet de serre dû au CO₂ aurait-il provoqué un réchauffement ? Ou bien est-ce l’inverse ?

Pour avancer sur cette problématique, les chercheurs ont tenté de déterminer qui du CO₂ ou de la température variait en premier lors d’une hausse ou d’une baisse commune. La question est complexe car on ne lit pas la température et la teneur en CO₂ d’un âge donné au même niveau dans une carotte de glace : la température est enregistrée à la surface des calottes polaires tandis que les gaz atmosphériques comme le CO₂ sont piégés à environ 100 mètres de profondeur, là où les bulles se forment (cette profondeur étant dépendante des conditions climatiques). Autrement dit, les bulles de gaz sont toujours plus jeunes que la glace qui les entoure.

Jusqu'à présent, cette profondeur de piégeage ainsi que le décalage temporel entre CO₂ et température étaient déterminés à partir de modèles de tassement de la neige. De précédents travaux avaient ainsi montré que la hausse du CO₂ en Antarctique lors de la fin du dernier âge de glace (de -20 000 à -10 000 ans) avait commencé huit cent ans après celle de la température.

Une équipe de scientifiques pilotée par deux laboratoires français, le Laboratoire de glaciologie et de géophysique de l’environnement (LGGE[1], CNRS/UJF) et le Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (IPSL/LSCE, CNRS/CEA/UVSQ), a mis en place une autre technique afin d’estimer ce décalage temporel : les scientifiques ont déduit la profondeur de piégeage des gaz à partir de l'isotope 15 de l'azote des bulles d'air. En effet, cet élément est enrichi par gravitation proportionnellement à la profondeur de piégeage. Ils ont également appliqué une méthode statistique innovante pour déterminer la température en Antarctique et son déphasage par rapport au CO₂.

Selon leurs résultats, le CO₂ et la température antarctique ont varié en même temps à la fin du dernier âge glaciaire, à 200 ans près. Cette découverte rend maintenant probable l’hypothèse selon laquelle le CO₂ ait été responsable, au moins en partie, du réchauffement en Antarctique à la fin du dernier âge glaciaire. Cependant, de nouvelles données et de nouvelles simulations seront nécessaires pour déterminer précisément les différentes contributions à ce réchauffement climatique passé naturel. Les scientifiques ont d’ailleurs prévu d’étudier d’autres périodes et d’analyser d’autres carottes avec ces mêmes méthodes.