Étude de la dérive et de la déformation de la banquise Arctique par l'analyse de trajectoires Lagrangiennes

Analyses of the Arctic sea ice drift and deformation properties from Lagrangian trajectories analyses

• Auteur / Autrice : Pierre Rampal
• Direction : Jérôme Weiss
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

La banquise arctique est une plaque de glace flottant à la surface de l'océan sur plusieurs millions de km2. La variation spatiale et temporelle de son épaisseur contrôle les échanges d'énergie mécanique et thermique entre l'atmosphère et l'océan. De ce fait, la banquise est une sorte d'isolant pour l'océan arctique, qui lui même joue un rôle déterminant dans la circulation thermohaline de l'océan mondial, et par voie de conséquence sur le climat de la planète. On observe une disparition significative et progressive de la banquise depuis environ un demi siècle, disparition qui s'est accélérée au cours des dernières années, a tel point qu'elle dépasse les prévisions les plus alarmistes des modèles les plus sophistiqués. Nous montrons dans cette thèse que cette sous-estimation pourrait être le résultat de l'utilisation d'un cadre de modélisation inadéquat : en considérant la banquise comme un milieu continu fluide, les modèles actuels ne parviennent pas a reproduire, entre autres, les propriétés d'intermittence et d'hétérogénéité de son champs de déformation que nous mettons en évidence. De ce fait, la fracturation de la banquise, bien que largement observable sur le terrain et/ou par satellite, n'est pas correctement reproduite. Or, elle apparait comme essentielle au regard de son contrôle sur le caractère isolant décrit plus haut. Dans ce travail, nous suggérons également d'adopter un nouveau schéma de modélisation, considérant la banquise comme une plaque rigide ayant un comportement mécanique elasto-fragile.

The arctic sea ice is a solid plate that floats on the ocean over several millions of squared kilometers. Temporal and spatial variations of the sea ice thickness control the mechanical and thermal exchanges between the arctic atmosphere and the Arctic Ocean. This later plays a fundamental role on the thermohaline circulation, and consequently, on the earth climate. Thus, as it isolates the ocean from the atmosphere, the sea ice cover can be viewed as a key parameter of the global climate. Since approximately five decades, we can observe a significant sea ice shrinking, which accelerated during the last years. All the most sophisticated global climate models under-estimate this acceleration. In this work, we show that this under-estimation can be due to the modeling framework used in these models: indeed, the sea ice cover is modeled as a viscous plastic material and, as an example, do not exhibit some fundamental properties of its dynamics, i. E. The intermittency and the heterogeneity of its deformation field. Then, the induced fracturing of the sea ice cover is not reproduced, and its consequences in terms of energy exchanges between the atmosphere and the ocean are neglected. We suggest that the arctic sea ice has to be considered as a deforming solid plate, and modeled with an alesto-brittle rheology.