Introduction

Compte tenu du développement rapide des méthodes d'analyse et des techniques de carottage, il est important de se procurer des carottes de glace ultrapropres pour l'étude des composés ou substances en traces (métaux, ions, substances biologiques, etc.). Jusqu'à ce jour, la plupart des laboratoires d'analyse des métaux en traces ont adopté des méthodes de décontamination des carottes de glace. Bien qu'elles soient efficaces et largement utilisées, ces méthodes utilisent de grands volumes de carottes et sont très chronophages. La plupart du temps, une carotte sera entièrement utilisée pour l'analyse des métaux en traces, sans rien laisser qui puisse servir d'échantillons pour d'autres études. En outre, il est difficile de contrôler et d'enlever les contaminants qui s'infiltrent lors de la manipulation des sections granuleuses des carottes de glace. Un de nos buts était de réduire considérablement la contamination des carottes durant le carottage, la manipulation et l'expédition.

Cette affiche présente le nouveau carottier CS (Clean Simon) qui est conçu pour prélever des carottes sans introduire de contamination par les métaux. Ce carottier est léger, robuste et facile à manoeuvrer. Sa mise à l'essai en avril 2000 à la calotte polaire Devon, au Nunavut (Canada), est expliquée brièvement ici.

Aménagement du camp

Le camp a été aménagé de telle sorte que l'emplacement du forage soit éloigné des lieux d'activités quotidiennes du camp. Nous avons choisi un emplacement à l'extrémité nord du camp, lequel comprenait une tente Parcoll, trois tentes pyramidales, une longue tente entrepôt, une cache de stockage pour le carburant, une aire de chargement pour l'aéronef et des toilettes extérieures au sud du camp.

Photo 1. Abri de forage.

Le site de forage était divisé en deux parties : un abri de forage (deux longues tentes réunies) et une tente Polar Haven pour abriter la génératrice. La tente Polar Haven a été dressée du côté ouest de l'abri de forage avec une porte s'ouvrant vers l'est afin de minimiser la contamination par la génératrice. Durant les opérations de forage, les vents soufflaient principalement du nord vers le sud. L'activité était réduite au minimum du côté nord à l'exception des travaux de forage et, occasionnellement, du vol d'aéronefs décollant face au vent.

Photo 2: Carottier CS

Carottage propre : carottier au titane

La sonde de carottage propre est semblable aux sondes en acier qui étaient utilisées auparavant (photo 2). Il s'agit d'une version modifiée du carottier SIMON (Division de la science des terrains, Commission géologique du Canada) dans lequel l'acier des fûts est remplacé par du titane et dont le diamètre interne des tubes a été agrandi pour recevoir des manchons en plastique. D'autres modifications importantes ont été apportées, notamment à la couronne de forage, aux trépans, au guide d'éclats, aux fûts internes et externes et au mécanisme de chargement des carottes.

Photo 3: Fûts de carottier en titane; l'entaille sert à la récupération du manchon.

Photo 4: Couronne de forage en titane avec trépan à pointes en carbure.

Photo 5: Couronne de forage filetée insérée sur le fût interne. Observez la propreté des gants et de la salopette en plastique.

Les modifications ont été apportées par la société Icefield Instruments Inc. de Whitehorse (Yukon, Canada). Parce que la carotte est glissée directement dans un manchon en plastique, elle est retirée du fût intérieur à partir de l'extrémité frontale au lieu de la queue (comme c'est le cas des foreuses régulières sur tours de forage basculante régulière). Par conséquent, la couronne de forage n'est pas fixée sur le fût avec des boulons mais elle est enfilée sur le fût interne comme le montrent les photos 3, 4 et 5.

Le carottier CS permet d'extraire des carottes de 8,5 cm de diamètre jusqu'à une profondeur de 400 mètres. Cette opération peut être effectuée par une équipe de deux personnes, quoiqu'une équipe de trois personnes soit préférable. Cette opération est peu différente d'une opération de forage ordinaire bien que l'utilisation des fûts internes et le haut niveau de propreté nécessaire augmentent de 50 % le temps du cycle de forage à la surface.

Manipulation des échantillons et précautions à prendre

L'expédition Devon 2000 a débuté au début d'avril à la calotte glaciaire Devon, au Nunavut (Canada). En raison du temps imparti, le nouveau carottier n'a pas été nettoyé avant d'être expédié dans le Nord. La méthode de prénettoyage suivante a été utilisée sur le terrain : une courte carotte de 13 mètres a été extraite avant de commencer l'extraction de carottes propres. Nous avons tenu comme établi que le carottier était très propre puisque l'étamage de la couronne de forage et le guide d'éclats en nylon dans le fût montrait des traces de polissage par le carottage de 13 mètres. En raison des conditions difficiles (les températures s'échelonnaient de -25 à -30 0C) au site de forage et d'une préparation insuffisante, nous n'avons pas pu mettre en pratique certaines procédures de nettoyage et prendre certaines précautions. Lorsque nous avons commencé le forage (jusqu'à la carotte no 15, 14,50 mètres sous la surface), le personnel qui s'occupait d'assembler et de récupérer les manchons de carotte portait des vêtements et des gants en polyéthylène conçus normalement pour les températures froides. Nous avions prévu des sarraus de salle blanche de très grande taille (Tyvek), mais il s'est avéré qu'ils étaient trop petits pour recouvrir un parka. Par conséquent, il se peut que les sections de carottes prélevées à cette étape aient été contaminées par la poussière émanant de vêtements d'hiver ordinaires. Les foreurs ont porté un parka modifié (en Tyvek ) après le prélèvement de la carotte no 15. Bien qu'il ne s'agissait pas encore du vêtement idéal pour effectuer l'extraction propre de carottes, le port de ce type de parka a permis de minimiser jusqu'à un certain point la contamination attribuable à la poussière provenant des vêtements.

Il est préférable que les personnes affectées au forage portent des manteaux propres pendant le forage (le manipulateur de carottes doit obligatoirement porté des vêtements propres).

Manchons pour carottes de glace prétraités et prénettoyés

Les manchons pour carottes de glace qui ont été insérés dans le fût interne du carottier afin de protéger les carottes de la contamination ont été achetés dans le commerce. Ils sont fabriqués avec du polyéthylène haute densité et les bouchons, en polyéthylène basse densité.

Afin de faciliter l'entrée de la carotte de glace, nous avons dû élargir légèrement une extrémité du manchon. Afin de faciliter les opérations, les deux extrémités ont été légèrement élargies à l'aide d'un mandrin en aluminium (on peut - et on devrait dans l'avenir - utiliser des mandrins en titane), au rythme de quatre minutes par manchon.

Nous avons trouvé des débris d'aluminium provenant du mandrin sur certains manchons après qu'ils eurent été élargis. L'eau utilisée pour refroidir les manchons venait du robinet du laboratoire. Afin d'éliminer toute contamination par l'aluminium et l'eau, nous avons nettoyé les manchons avec une solution acide à 25 % de HNO3. L'acide utilisé était de catégorie métaux en traces. Le nettoyage de chaque manchon a duré de 15 à 20 minutes, lequel fut suivi d'un rinçage à l'eau doublement distillée. L'efficacité de cette méthode de nettoyage n'a pas encore été vérifiée, mais elle devrait réduire considérablement la contamination par l'aluminium.

Puisque nous voulions obtenir des carottes de glace propres, la propreté des manchons était une condition préalable. Les manchons ont été également traités dans la salle blanche de type classe 100 de la Division des ressources minérales de la CGC; ils ont été immergés dans une solution à 0,5 % de HNO3 de catégorie métaux en traces pour au moins 24 heures.

Manipulation des carottes de glace

Durant le forage, le manipulateur des carottes portait constamment des gants en plastique et n'entrait jamais en contact avec les carottes de glace qui demeuraient enveloppées dans les manchons. Après les avoir retirées du tube en titane, les deux extrémités du tube renfermant la carotte de glace étaient immédiatement recouverts de couvercles en polyéthylène prénettoyés. Puis le manchon était scellé dans le même matériau en polyéthylène qui les recouvrait lorsqu'ils étaient vides (étanche à l'air).

Photo 6. Foreurs examinant le fût externe en titane.

Photo 7. Insertion d'un manchon propre dans un fût interne en vue d'un autre prélèvement de carotte.

Photo 8. Le port de gants en plastique pour effectuer l'assemblage de la tête de coupe en titane s'est avéré être un défi en raison du caractère acéré des trépans à pointes de carbure et des températures inférieures au point de congélation.

Photo 9. Utilisation d'une clé de tête spéciale en titane pour enlever la tête de coupe avant l'extraction des carottes après le forage.

Photo 10. Enlèvement de la tête de coupe afin de retirer la carotte de glace du manchon.

Photo 11. Poussée sur une carotte de glace avec le bouchon de fermeture, afin de retirer le manchon et le munir de bouchons.

Photo 12. Extraction d'un manchon du fût. Le bouchon que tient le manipulateur dans sa main gauche est utilisé pour fermer le manchon qui contient la carotte de glace fraîchement extraite.

Photo 13. Extraction d'un manchon avec bouchon contenant une carotte de glace d'un fût interne en titane.

Photo 14. Extraction du fût interne afin d'extraire des déblais de forage de la queue du fût.

Photo 15. Collecte de déblais de forage pour l'analyse du pollen.

Photo 16. Emballage des carottes.

Les carottes scellées ont été soigneusement emballées dans des caisses à carottes en mousse de polystyrène protégée avec du film à bulles d'air antichoc. Cette méthode permet d'éviter de fracturer les carottes durant la manipulation et le transport. On peut s'attendre à ce qu'il y ait moins de sublimation lors de l'entreposage, car les carottes sont relativement bien tassées dans les manchons, ce qui minimise la circulation d'air. La qualité des carottes extraites avec ce carottier propre peut être maintenue à un haut niveau durant une longue période.

L'analyse des échantillons est en cours. Pour obtenir un complément d'information, veuillez vous adresser à : Dr. David Fisher.

Pour consulter des vues rapprochées du carottier de glace et du personnel, allez à Photos détaillées du carottier CS.

Affiche assemblée et rédigée par James Zheng, édité pour le site Web par Roy M. Koerner et John Sekerka.