Développement d'un modèle d'hydrologie sous-glaciaire dédié à la simulation du glissement basal des glaciers

Development of a subglacial hydrological model dedicated to the simulation of glacier sliding

• Auteur / Autrice : Basile de Fleurian
• Direction : Emmanuel Le Meur, Olivier Gagliardini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l'univers et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (Grenoble ; 1958-2016)
• Jury : Président / Présidente : Jean Braun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martin Lüthi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gwenn Flowers, Frank Pattyn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glace -- Propriétés mécaniques

Glaciologie

Modèles mathématiques

Hydrologie

Mots clés libres

Glaciologie

Modélisation

Hydrologie

Frottement mécanique

Dynamique glaciaire

Glaciology

Modelization

Subglacial hydrology

Friction law

Ice dynamics

Résumé

La modélisation de la dynamique glaciaire passe par la compréhension et la reproduction des processus physiques responsables des déplacements observés à la surface des glaciers. Certains de ces processus, et en particuliers ceux qui œuvrent à la base des glaciers, sont moins bien maîtrisés. Ainsi, même si le glissement à la base des glaciers a été observé dès le début du XXe siècle sa modélisation reste un problème actuel. La majorité des modèles de dynamiques glaciaires utilisent des lois de frottement uniquement basées sur la contrainte basale tangentielle pour déterminer les vitesses de glissement. Il est alors nécessaire de faire varier en temps et en espace le paramètre de la loi de frottement pour obtenir un champ de vitesse comparable aux données mesurées. Par ailleurs, de nombreuses études ont montré que la pression et donc le volume d'eau à la base des glaciers jouait un rôle important sur la vitesse de glissement des glaciers. L'objectif de cette thèse est de mettre en place un modèle capable de calculer la pression d'eau à la base des glaciers et de le coupler à un modèle d'écoulement glaciaire par l'intermédiaire d'une loi de frottement. On utilise pour cela une approche utilisant des milieux poreux analogues représentant les deux composantes (inefficace et efficace) du système de drainage. Les expériences de sensibilité présentées montrent que cette méthode permet de reproduire les spécificités d'un système de drainage sous-glaciaire. Enfin, la reproduction qualitative d'un phénomène glaciologique extrême de jökulhlaup (vidange de lac sous-glaciaire) a permis de vérifier la robustesse du modèle.

Modeling glacier dynamics needs proper knowledge of a number of processes which are responsible for the displacement observed at the surface of glaciers. Some of these mechanisms are well known and yet implemented into ice-flow models. On the other hand, processes that work at the base of the glaciers are much less controlled. Thus, even if glacier sliding has been observed since the early twentieth century its accurate modeling is still a current issue. In order to determine glacier sliding, friction laws that are currently used in ice flow models are only depending upon the basal shear stress. This simple relationship needs a precise fitting of the parameters which vary both in time and space so as to yield surface velocities compatible with data. Field observations also show that subglacial water pressure plays a crucial role in glacier dynamics. Furthermore, water pressure is closely related to the volume of water present at the bed of the glacier and, therefore to the production of water. The objective of this thesis is to develop a subglacial hydrological model which enables the computation of water pressure at the base of glaciers and to couple it to an ice flow model through a friction law. We choose to implement an equivalent porous media which, according to the choose parameters, features both efficient and inefficient components of the system. The sensitivity experiments show that the proposed method can reproduce the characteristics of a subglacial drainage system. Finally, the robustness of the model arose from its ability to qualitatively reproduce an extreme glaciological phenomenon under the form of a jökulhlaup.