par Kazmierczak, Elise 
Président du jury Fripiat, François
Promoteur Pattyn, Frank
Publication Non publié, 2024-03-15
Président du jury Fripiat, François
Promoteur Pattyn, Frank
Publication Non publié, 2024-03-15
Thèse de doctorat
| Résumé : | Centrée au Pôle Sud, l’Antarctique constitue la plus grande étendue de glace continentale sur Terre,représentant le plus important réservoir d’eau douce. Cette masse de glace est constamment en mouvement.La glace se déforme sous l’action de la gravité, et glisse sur le substract rocheux sur lequel ellerepose. Depuis des années, l’Antarctique perd de la masse de glace en raison du réchauffement climatique.Les prédictions concernant l’évolution de sa masse de glace et sa contribution potentielle au niveau marinsont très incertaines. Une des principales sources d’incertitude réside dans comment exactement la glaceglisse-t-elle à la base? Le glissement basal inclut le glissement stricto sensu de la glace sur le lit rocheuxdans le cas d’un lit rigide, ainsi que la déformation du lit composé de sédiments dans le cas d’un lit déformable.Dans certaines zones, comme les ice streams, le glissement basal est le processus majoritaire dudéplacement de la glace. Les ice streams drainant la grande majorité de la calotte, il semble essentiel demieux comprendre le processus responsable de leur mouvement. Mathématiquement, le glissement basalest représenté par une loi de glissement reliant la vitesse du glacier à la contrainte exercée par celui-ci surle lit. Cette loi peut prendre plusieurs formes en fonction des phénomènes qu’elle englobe. L’eau sousglaciairejoue un rôle clef dans le glissement basal en lubrifiant le lit rocheux et en réduisant la résistance dusol à la déformation. Cette eau provient de la fonte de la glace à la base et s’organise en différents types desystèmes de drainage classés comme inefficaces ou efficaces. Les systèmes inefficaces se caractérisent parun faible flux en écoulement diffus, tandis que les systèmes efficaces présentent un fort flux en écoulementconcentré dans des conduits. Le premier objectif de cette thèse est de lier l’hydrologie sous-glaciaire auglissement basal à l’aide du modèle numérique Kori-ULB. Pour ce faire, nous évaluons quatre méthodesdéveloppées dans la littérature sur l’ensemble de la calotte antarctique et les comparons à des simulationsne prenant pas en compte l’hydrologie sous-glaciaire. Ces méthodes diffèrent par la représentation de l’eausous-glaciaire : pression de l’eau de mer infiltrée dans les bassins continentaux, pression et flux d’un filmd’eau (inefficace) qui s’écoule et déformation d’un till saturé. Différentes lois de glissement sont évaluées,et différents forçages climatiques sont appliqués au modèle jusqu’à 2100. Les résultats montrent que lechoix de la loi de glissement est déterminant mais que l’hydrologie sous-glaciaire amplifie la sensibilité dela calotte aux forçages. En particulier, en considérant la pression de l’eau sous-glaciaire dans les zones deglace ancrée. Les modèles considérant le flux d’eau sous-glaciaire et les propriétés du till saturé montrentune plus faible réaction de la calotte antarctique aux forçages climatiques. Le deuxième objectif de cettethèse est de proposer un modèle d’hydrologie sous-glaciaire plus complet que ceux évalués dans le premierobjectif et pouvant être couplé efficacement à un modèle de calotte. Nous proposons ainsi un modèle permettantde représenter l’hydrologie sous-glaciaire associée à des lits rigides, déformables et hétérogènes(avec des zones rigides et déformables) et de la lier au glissement basal. Ce modèle innovant résume enune seule paramétrisation la capacité de passer entre différents types de systèmes de drainage (inefficaceset efficaces) associés aux zones de lit rigide et déformable. Il est testé à l’échelle du siècle sur le glacierThwaites (Antarctique de l’Ouest). Les résultats indiquent que le système hydrologique situé à la ligned’ancrage est déterminant sur le recul de celle-ci en cas de forçage climatique. De plus, il est démontréque les lits déformables et les systèmes efficaces à la ligne d’ancrage ralentissent son recul. Dans tousles résultats, considérer l’hydrologie sous-glaciaire augmente la contribution de l’Antarctique au niveaumarin. Cette thèse met en évidence l’importance de considérer l’hydrologie sous-glaciaire et la nature dulit rocheux dans le glissement basal, ce qui est majoritairement ignoré dans les modèles de prédictions.Il est donc crucial de mieux connaître les propriétés basales en Antarctique afin de mieux modéliser soncomportement futur suite au réchauffement climatique. |
| Centered at the South Pole, Antarctica constitutes the largest expanse of continental ice on Earth, representingthe most significant freshwater stock. This mass of ice is in constant motion, deforming underthe influence of gravity and sliding over the bedrock on which it is lying. Antarctica has been losing icemass for years due to global warming. Predictions regarding the evolution of its ice mass and its potentialcontribution to sea level rise are highly uncertain. One of the main sources of uncertainty lies in understandingexactly how the ice slides at the base. Basal sliding includes the sliding of the ice over the bedrockin the case of a hard bed, as well as the deformation of the bed composed of sediments in the case of adeformable and soft bed. In certain areas, such as ice streams, basal sliding is the predominant processin ice movement. As ice streams drain the majority of the ice sheet, it is essential to better understandthe process responsible for their motion. Mathematically, basal sliding is represented by a sliding law relatingthe glacier’s velocity to the stress it exerts on the bed. This law can take various forms dependingon the phenomena it encompasses. Subglacial water plays a key role in basal sliding by lubricating thebedrock and reducing the till’s resistance to deformation. This water comes from the melting of ice at thebase and organizes into different types of drainage systems classified as inefficient or efficient. Inefficientsystems are characterized by low-flow diffuse drainage, while efficient systems exhibit high-flow concentrateddrainage in conduits. The first objective of this thesis is to link subglacial hydrology to basal slidingusing the Kori-ULB numerical ice sheet model. To achieve this, we evaluate four methods developed inthe literature across the entire Antarctic ice sheet and compare them to simulations that do not considersubglacial hydrology. These methods differ in the representation of subglacial water: seawater pressureinfiltrated into continental basins, pressure and flux of an (inefficient) flowing water film, and deformationof saturated till. Different sliding laws are assessed, and various climate forcings are applied to the modeluntil 2100. The results show that the choice of the basal sliding law is crucial, but subglacial hydrologymodulates the ice sheet’s sensitivity to forcings. In particular, considering subglacial water pressure ingrounded ice areas. Models considering subglacial water flux and geomechanical properties of saturatedtill show a lower ice sheet response to climate forcings. The second objective of this thesis is to proposea more comprehensive subglacial hydrology model than those evaluated in the first objective, capable ofefficiently coupling with an ice sheet model. We thus propose a model that represents subglacial hydrologyassociated with rigid, deformable, and heterogeneous beds (with rigid and deformable zones) and links itto basal sliding. This innovative model summarizes in a single parametrization the ability to transitionbetween different types of drainage systems (inefficient and efficient) associated with rigid and deformablebed zones. It is tested on a century scale on Thwaites Glacier (West Antarctica). The results indicate thatthe hydrological system at the grounding line is decisive for its retreat under climate forcing. Furthermore,it is demonstrated that deformable beds and efficient systems at the grounding line slow down its retreat. Inall scenarios, considering subglacial hydrology increases Antarctica’s contribution to sea level rise. Thisthesis highlights the importance of considering subglacial hydrology and the nature of the bed in basalsliding, which is often neglected in prediction models. It is crucial, therefore, to better understand basalproperties in Antarctica to improve the modeling of its future behavior following climate warming. |
