Développement d'un modèle visco-élastique de la réponse dynamique des plateformes de glace

Development of a viscoelastic model of ice shelf dynamics

• Auteur / Autrice : Astrid Margit Zimmermann
• Direction : Emmanuel Lemeur, Stephen Cornford
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’Environnement
• Date : Soutenance le 25/01/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec University of Swansea (Swansea (GB))
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des géosciences de l'environnement (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Gagliardini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tavi Murray
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Morlighem, Daniel Goldberg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glaciers -- Antarctique

Neige

Mots clés libres

Antarctique

Modélisation

Nivologie

Travail de terrain

Rheology

Snow study

Modelling

Antarctica

Résumé

Le changement climatique a engendré des pertes considérables pour les glaces continentales au cours de ces dernières décennies et perdure toujours aujourd'hui. L'Antarctique, la plus grande réserve de glace naturelle recèle à lui seul l'équivalent d'une hausse potentielle du niveau marin mondial de plusieurs dizaines de m, laquelle résulte non seulement de la fonte mais aussi de l'écoulement de la glace au travers les plateformes flottantes des glaciers émissaires, les 'ice shelves'. Depuis les dernières décennies caractérisées par des saisons de fonte plus longues et un océan de plus en plus chaud les 'ice shelves' s'amincissent et se désintégrent plus facilement. Parallèlement, une accélération des glaciers nourrissant ces shelves s'observe, mettant en évidence leur caractère d'arc-boutant sur l'écoulement de la glace vers la mer et leur importance sur la calotte glaciaire Antarctique.De nombreux facteurs participent à la perte de cohésion des ice shelves. En plus de la fonte en surface et à la face inférieure, les vagues, les marrées ainsi que les différences de pression au niveau du front de vêlage induisent des moments de torsion à haute fréquence.La glace est généralement modélisée comme étant soit purement visqueuse, soit élastique voire même plastique, cependant, certains des comportements du shelf comme la déformation liée aux marrées près de la ligne d'échouage ou la purge des lacs de surface ne peuvent être correctement simulés qu'avec un modèle visco-élastique reproduisant à la fois l'amincissement visqueux de la glace et le flambage élastique à court terme de la plaque.Jusqu'à présent, les modélisations visco-élastiques de la glace ont fait appel à des codes commerciaux coûteux aux algorithmes figés et non adaptables aux spécificités du problème. Cette thèse propose le développement d'un modèle visco-élastique de la dynamique des shelves à l'aide de l'environnement 'open 'source' Finite Element Method C++ Rheolef.

Climate Change has already caused large losses on natural occurring ice in the last decades and continues to do so. Antarctica, the largest source of land ice, contains an equivalent of several tens of meters of sea water level rise, which is induced not only by melting but also by out flow into ice shelves, the floating tongues of glaciers. In the last decades with recorded longer melt seasons and warming water in Antarctica, ice shelves are thinning and breaking up. With that, speed up of shelf inflowing glaciers are recorded, highlighting the buttressing force ice shelves have on glaciers and therefore their importance to the Antarctic Ice Sheet.Many factors play a roll in the integrity of ice shelves, besides melting on the surface and from below, waves, tides and pressure imbalances at the calving front (buoyancy force) induce bending moments on short time scales.While ice is mainly studied as purely viscous, elastic or even plastic material. Certain ice shelf behaviour, like the tidal deformation near the grounding line or drainage of melt ponds, can only be sufficiently simulated with an viscoelastic model - representing the viscous thinning of ice as well as short term elastic bending deformations.Viscoelastic studies of ice so far have used commercial proprietary software, which require expensive licences and often lack inside in the used algorithms or flexibility to adapt the code as needed.In this thesis a viscoelastic model was developed in the open source FEM C++ environment Rheolef.