Une étude, dont les résultats intitulés «Brillouin spectroscopy of fluid inclusions proposed as a paleothermometer for subsurface rocks» ont été publiés dans la revue Scientific Reports, a permis, grâce à une meilleure connaissance des conditions de formation naturelle d'un échantillon géologique, d'élaborer un nouveau procédé qui peut servir aux géologues dans leur recherche sur le paléoclimat.

Indiquons tout d'abord que, parmi les techniques pour remonter le temps en ce qui concerne le climat aux échelles géologiques, «l'une d'elles consiste à utiliser des gouttes d'eau piégées lors de la formation des minéraux»: ces gouttes de taille micrométrique, se trouvent par exemple «dans les stalagmites ou dans les dépôts de sel laissés par l'évaporation d'eau salée».

Comme dans certaines de ces gouttes piégées, appelées inclusions fluides, une petite bulle est présente, «son analyse permet de déterminer la température extérieure qui régnait lors de son emprisonnement dans le minéral», sachant qu'une fois l’inclusion formée, «la quantité de matière piégée reste constante, même si la température de l’échantillon varie».

En pratique, dans le cas où les variations de température font apparaître une bulle, «comme la densité du liquide dépend de la température, les volumes respectifs du liquide et de la bulle en dépendent également». Ainsi, lorsqu'on réchauffe «l’échantillon jusqu’à ce que la bulle disparaisse», cet évènement «se produit à une température correspondant à la formation de l’inclusion, initialement remplie de liquide».

Pour sa part, l'étude ici présentée vient de fournir une méthode nouvelle pour faire la mesure de la température recherchée quand la bulle est absente en s'appuyant sur plusieurs années de travaux sur les anomalies de l’eau basés notamment sur «une technique d’inclusion d’eau dans le quartz».

Pour cela, une de ces inclusions fluides est éclairée au laser et la lumière est analysée après son interaction avec elle. Plus précisément, la spectroscopie Raman est d'abord employée «pour sonder les vibrations des molécules d'eau». Comme «certaines vibrations sont modifiées par l'ajout de sel», on peut «déterminer la concentration en sel dans l'inclusion». La spectroscopie Brillouin, «basée sur les fluctuations de densité dans la matière», permet ensuite «d’obtenir la vitesse du son dans le liquide».

Comme «la concentration en sel mesurée par la spectroscopie Raman fixe la dépendance en température qu'aurait la vitesse du son si une bulle était présente et que «dans l'expérience, on mesure la dépendance en température de la vitesse du son en l'absence de bulle», les deux courbes vitesse-température, qui sont différentes, «se coupent en un point qui donne la température recherchée».

Pour finir, signalons que la prochaine étape de cette recherche sera l'application de cette nouvelle méthode à la grotte de Soyons, près de Valence, sur des échantillons de stalagmites vieux d'environ 100 000 ans.