Observations et modélisation aux fines échelles du frottement à la base des glaciers
Auteur / Autrice : | Juan Pedro Roldan Blasco |
Direction : | Olivier Gagliardini |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Matériaux, mécanique, électrochimie, génie civil |
Date : | Soutenance le 16/03/2023 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut des géosciences de l'environnement (Grenoble) |
Jury : | Président / Présidente : David Amitrano |
Examinateurs / Examinatrices : Anne Mangeney | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Ian Hewitt, Peter Nienow |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
L'écoulement des glaciers sur des lits durs et rugueux est contrôlé par des processus basaux, tels que la friction, l'ouverture de cavités derrière des obstacles et toute interaction entre le lit du glacier et la glace basale. Dans cette thèse, nous étudions une multitude de ces processus.Les théories actuelles pour décrire la traînée des glaciers sur des lits durs sont formulées sur la base que la glace est exempte de débris et glisse sans friction sur le lit du glacier.Cependant, les débris dans les couches basales et la glace froide causent une résistance supplémentaire à l'écoulement.Nous fournissons un modèle analytique du glissement des glaciers qui tient compte de l'effet de la contrainte de cisaillement locale à l'interface glace-lit dans le cadre de Weertman (1957), et étendons la solution pour tenir compte de l'ouverture des cavités.Cette traînée supplémentaire ralentit le glissement du glacier, mais en raison de l'augmentation de la déformation de la glace basale, la viscosité diminue et la vitesse basale est plus élevée que prévu.L'inclusion de la contrainte de cisaillement locale rend la loi de friction implicite, ce qui complique l'identification des paramètres d'échelle à partir de la géométrie seule.Nous constatons que la loi avec une contrainte de cisaillement locale non nulle à la base conserve la forme générale de la loi de friction avec une contrainte de cisaillement locale nulle, de sorte qu'une mise à l'échelle appropriée peut être obtenue. La similitude entre une loi de friction avec une contrainte de cisaillement locale nulle et non nulle est pratique pour généraliser les lois de friction empiriques à l'échelle du champ, bien qu'elle complique l'identification de l'effet de la contrainte de cisaillement locale sur l'écoulement des glaciers. La déformation interne des glaciers est contrôlée par la rhéologie de la glace qui est décrite par la loi de Glen à travers deux paramètres matériels, le facteur de fluage A et l'exposant n de la loi d'écoulement. Il existe une grande incertitude quant aux valeurs de ces paramètres en raison de la rareté des observations à l'échelle naturelle. Nous présentons ici les résultats d'une étude d'inclinométrie réalisée dans Glacier d'Argentière, un glacier tempéré des Alpes françaises.Nous avons suivi la déformation du glacier au cours du 2020 grâce à des inclinomètres installés dans des forages qui enregistrent les changements d'inclinaison toutes les 30 minutes.Nous pouvons reconstruire le profil des taux de déformation avec la profondeur et la vitesse de déformation. Nous complétons notre ensemble de données par un réseau de stations GPS qui permet d'observer la vitesse basale pendant la période étudiée.Nous déduisons les paramètres rhéologiques en comparant nos observations avec les taux de déformation obtenus à l'aide d'un modèle tridimensionnel résolvant l'équation de Stokes.Le profil des taux de déformation en moyenne annuelle a une sensibilité limitée à l'exposant n de la loi d'écoulement et reflète principalement une augmentation de A avec la profondeur qui pourrait être expliquée par une augmentation de la teneur en eau interstitielle en profondeur.Nous montrons également que la déformation interne de la glace présente une variabilité saisonnière, de sorte que les changements de vitesse de surface ne peuvent être attribués uniquement aux changements des conditions basales. Sur des échelles de temps plus longues, la variabilité de la vitesse de surface est mieux expliquée par les changements dans les taux de déformation, tandis que la variabilité de la vitesse plus courte est mieux expliquée par les changements à la base.D'autres travaux restent à mener pour confirmer si l'augmentation du fluage observée est due à l'augmentation de la teneur en eau, et déterminer les causes des changements saisonniers de la déformation et de la vitesse basale. Nos résultats contribueront à l'évaluation future de l'état et de l'évolution de la cryosphère.