Modélisation analogique des écoulements d'eau sous-glaciaire : implications sur les relations entre vallées tunnels et dynamique glaciaire

Analog modelling of subglacial water flow : implications on the relations between tunnel valleys and glacial dynamics

• Auteur / Autrice : Thomas Lelandais
• Direction : Régis Mourgues, Edouard Ravier, Stéphane Pochat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ecologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géosciences (Nantes) - Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Glaciologie

Écoulement glaciaire

Eaux souterraines -- Écoulement

Modèles hydrologiques

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Modélisation analogique

Système glaciaire

Environnement sous-glaciaire

Écoulement d'eau pressurisée

Système de drainage d'eau de fonte sous-glaciaire

Vallées tunnels

Ice streams

Analog modelling

Glacial system

Subglacial environment

Pressurized water flow

Subglacial meltwater drainage system

Tunnel valleys

Résumé

Les vallées tunnels sont les structures de drainage d'eau de fonte les plus imposantes de l'environnement sous-glaciaire. L'inaccessibilité des milieux sous-glaciaires actuels limitent nos connaissances des mécanismes impliqués dans leurs formations, des paramètres contrôlant leur morphologie et de leurs influences sur la dynamique glaciaire. Ce travail présente une nouvelle approche expérimentale visant à mieux contraindre la formation et le fonctionnement des systèmes de vallées tunnels. Cette approche repose sur le développement d'un nouveau dispositif expérimental simulant la circulation d'eau pressurisée au sein d'un substrat poreux et perméable sous une couverture visqueuse. Les résultats des expériences menées avec ce dispositif ont permis de déterminer des relations étroites entre les paramètres du substrat et les modalités de l'écoulement d'eau sur la formation et la morphologie des vallées tunnels. Les résultats issus des expériences démontrent que ce dispositif permet de recréer des systèmes de vallées tunnels. L'étude de ces vallées expérimentales suggèrent que la topographie du substrat et la production d'eau de fonte joue un rôle primordial sur la genèse des vallées tunnels et sur leurs morphologies. Deux morphotypes de vallées tunnels ont pu être identifiés avec des morphologies et des mécanismes de formation indépendants. L'analyse de la dynamique de la calotte sus-jacente a permis de mettre en évidence un lien étroit entre le développement des vallées tunnels et la dynamique des "ice streams". L'évolution de la capacité de drainage des vallées tunnels semble contrôler la dynamique glaciaire en régulant le flux de glace transitant dans les "ice streams".

Tunnel valleys are major components of the subglacial meltwater drainage system. The inaccessibility of modern subglacial environments reduces our knowledge on the mechanisms involved in tunnel valleys formation, the parameters controlling their morphology and their influence on ice-sheet dynamics. This work presents a new experimental approach aiming to better assess the processes of tunnel valleys development. This approach relies on the development of a new experimental device simulating a pressurized water flow within a porous and permeable substratum underneath a viscous layer simulating the ice-sheet. The main results of the experiments conducted with this device have demonstrated the influence of both substratum properties and meltwater drainage on tunnel valleys formation and morphology. Using the device, we first manage to reproduce tunnel valley systems experimentally. Analyses conducted on these valleys experimental valleys suggest that the substratum topography and meltwater production play a key role on tunnel valleys genesis and morphology. Two tunnel valleys morphotypes have been identified, each one being charaterized by a unique morphology and mechanism of formation. Monitoring of the experimental ice sheet during tunnel valley formation shows close relationship between tunnel valleys development and "ice streams" dynamics. The evolution of tunnel valley drainage capacity seems to have a strong influence on ice sheet stability by regulating ice flux within "ice stream corridors".