Dans sa jeunesse, il s'est rendu en Antarctique en 1957, après avoir vu une annonce sur le mur de l'université de Besançon en 1955. Par la suite, il se rendra plus de 20 fois en Antarctique et au Groenland.
En analysant les concentrations de gaz à effet de serre dans les carottes de glace de l'Antarctique, le chercheur a mené des études qui ont permis de mieux comprendre le changement climatique sur Terre.
Par ailleurs, Lorius, qui a été parmi les premiers à révéler le lien entre les émissions de gaz à effet de serre et le changement climatique, a reçu le prix "Blue World" de la fondation japonaise Asahi Glass Foundation en 2008 et le prix "Bower" du Franklin Institute en 2017 pour ses contributions à la compréhension du changement climatique.
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