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The deglaciation of the northwest sector of the last British-Irish ice sheet : integrating onshore and offshore data relating to chronology and behaviour

Small, David January 2013 (has links)
It is now accepted that the last British-Irish Ice Sheet (BIIS) was highly dynamic and drained by numerous fast flowing ice streams. This dynamic nature combined with its maritime location made the BIIS sensitive to the rapid climate change that characterised the Last Glacial Interglacial Transition. Gaining an understanding of the behaviour of the BIIS at this time is important to explore the nature of forcing between ice sheets and climate. This thesis presents new chronological data relating to the deglaciation of the northwest sector of the BIIS (NW-BIIS) from onshore dating of moraines using cosmogenic exposure dating. This improved chronological framework is supported by offshore data in the form of a newly constructed Ice Rafted Detritus (IRD) record from the offshore sediment core MD95-2007. These data suggest that deglaciation commenced sometime after 18 ka and that the NW-BIIS was located close to the present day shoreline by 16 ka. Further provenance analysis of the IRD using U-Pb dating of detrital minerals demonstrates that during the Last Glacial-Interglacial Transition MD95-2007 was being supplied distal IRD from a source(s) to the west. The absence of diagnostic Scottish material suggests that after retreat to the coastline at 16 ka calving margins were not re-established during Greenland Interstadial 1. By combining these results with existing data relating to the deglaciation of the NW-BIIS it is possible to summarise the deglaciation history of the NW-BIIS from the continental shelf to mountainous source regions and compare this to numerical models of BIIS behaviour during this time. With a better understanding of the chronology of NW-BIIS retreat it is possible to relate the timing of initial deglaciation to possible forcing factors and gain a better understanding of the response of a marine based sector of an ice sheet to rapid climate change.
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Ice dynamics of the Darwin-Hatherton glacial system, Transantarctic Mountains, Antarctica

Riger-Kusk, Mette January 2011 (has links)
The Darwin-Hatherton glacial system (DHGS) drains from the East Antarctic Ice Sheet (EAIS) and through the Transantarctic Mountains (TAM) before entering the Ross Embayment. Large ice-free areas covered in glacial sediments surround the DHGS, and at least five glacial drift sheets mark the limits of previous ice extent. The glacier belongs to a group of slow-moving EAIS outlet glaciers which are poorly understood. Despite this, an extrapolation of a glacial drift sheet boundary has been used to determine the thickness of the EAIS and the advanced West Antarctic Ice Sheet (WAIS) during the Last Glacial Maximum (LGM). In order to accurately determine the past and present contributions of the Antarctic ice sheets to sea level changes, these uncertainties should be reduced. This study aims to examine the present and LGM ice dynamics of the DHGS by combining newly acquired field measurements with a 3-D numerical ice sheet-shelf model. The fieldwork included a ground penetrating radar survey of ice thickness and surface velocity measurements by GPS. In addition, an extensive dataset of airborne radar measurements and meteorological recordings from automatic weather stations were made available. The model setup involved nesting a high-resolution (1 km) model of the DHGS within a lower resolution (20 km) all-Antarctic simulation. The nested 3-D modelling procedure enables an examination of the impact of changes of the EAIS and WAIS on the DHGS behaviour, and accounts for a complex glacier morphology and surface mass balance within the glacial system. The findings of this study illustrate the difference in ice dynamics between the Darwin and Hatherton Glaciers. The Darwin Glacier is up to 1500 m thick, partially warm-based, has high driving stresses (~150 kPa), and measured ice velocities increase from 20-30 m yr⁻¹ in the upper parts to ~180 m yr⁻¹ in the lowermost steepest regions, where modelled flow velocities peak at 330 m yr⁻¹. In comparison, the Hatherton Glacier is relatively thin (<900 m), completely cold-based, has low driving stresses (~85 kPa), and is likely to flow with velocities <10 m yr⁻¹ in most regions. It is inferred that the slow velocities with which the DHGS flows are a result of high subglacial mountains restricting ice flow from the EAIS, large regions of frozen basal conditions, low SMB and undulating bedrock topography. The model simulation of LGM ice conditions within the DHGS implies that the ice thickness of the WAIS has been significantly overestimated in previous reconstructions. Results show that the surface of the WAIS and EAIS away from the TAM would have been elevated 600-750 and 0-80 m above present-day levels, respectively, for the DHGS to reach what was inferred to represent the LGM drift sheet limit. Ultimately, this research contributes towards a better understanding of the dynamic behaviour of slow moving TAM outlet glaciers, and provides new insight into past changes of the EAIS and WAIS. This will facilitate more accurate quantifications of contributions of the WAIS and EAIS to changes in global sea level.
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Assimilation de données pour l'initialisation et l'estimation de paramètres d'un modèle d'évolution de calotte polaire

Bonan, Bertrand 15 November 2013 (has links) (PDF)
L'évolution des calottes polaires est régie à la fois par une dynamique d'écoulement complexe et par des mécanismes tel le glissement à la base, la température de la glace ou le bilan de masse en surface. De plus, de nombreuses boucles de rétroactions sont constatées entre les différents phénomènes impliquées. Tout ceci rend la modélisation de cette évolution complexe. Malgré tout, un certain nombre de modèles ont été développés dans cette optique. Ceux-ci font tous intervenir des paramètres influents qui dans certains cas sont peu ou pas connus. Ils nécessitent donc d'être correctement spécifiés. L'assimilation de données peut permettre une meilleure estimation de ces paramètres grâce à l'utilisation d'observations qui sont peu nombreuses en glaciologie. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la mise en place de systèmes d'assimilation performants pour deux problèmes inverses concernant l'évolution des calottes polaires. Pour mieux nous concentrer sur ce point, nous avons travaillé avec un modèle d'évolution de calotte simplifié (appelé Winnie) qui, cependant, représente bien la plupart des processus complexes de la dynamique de la glace, et permet de travailler à différentes échelles de temps. Dans un premier temps, nous mettons en place une approche 4D-Var pour la reconstruction de l'évolution d'un paramètre climatique influant sur l'évolution d'une calotte sur une échelle de temps typique de 20 000 ans. Elle nécessite notamment l'écriture du code adjoint du modèle. Dans un second temps, nous nous intéressons au problème du spin-up. Ce problème de calibration du modèle pour des simulations à échelle de temps courtes (pas plus de 100 ans) consiste plus particulièrement en la reconstruction conjointe de l'état initial, de la topographie du socle rocheux et des paramètres de glissement basal. Nous développons ici une approche filtre de Kalman d'ensemble pour résoudre ce problème.
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Remote sensing of rapidly draining supraglacial lakes on the Greenland Ice Sheet

Williamson, Andrew Graham January 2018 (has links)
Supraglacial lakes in the ablation zone of the Greenland Ice Sheet (GrIS) often drain rapidly (in hours to days) by hydraulically-driven fracture (“hydrofracture”) in the summer. Hydrofracture can deliver large meltwater volumes to the ice-bed interface and open-up surface-to-bed connections, thereby routing surface meltwater to the subglacial system, altering basal water pressures and, consequently, the velocity profile of the GrIS. The study of rapidly draining lakes is thus important for developing coupled hydrology and ice-dynamics models, which can help predict the GrIS’s future mass balance. Remote sensing is commonly used to identify the location, timing and magnitude of rapid lake-drainage events for different regions of the GrIS and, with the increased availability of high-quality satellite data, may be able to offer additional insights into the GrIS’s surface hydrology. This study uses new remote-sensing datasets and develops novel analytical techniques to produce improved knowledge of rapidly draining lake behaviour in west Greenland over recent years. While many studies use 250 m MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) imagery to monitor intra- and inter-annual changes to lakes on the GrIS, no existing research with MODIS calculates changes to individual and total lake volume using a physically-based method. The first aim of this research is to overcome this shortfall by developing a fully-automated lake area and volume tracking method (“the FAST algorithm”). For this, various methods for automatically calculating lake areas and volumes with MODIS are tested, and the best techniques are incorporated into the FAST algorithm. The FAST algorithm is applied to the land-terminating Paakitsoq and marine-terminating Store Glacier regions of west Greenland to investigate the incidence of rapid lake drainage in summer 2014. The validation and application of the FAST algorithm show that lake areas and volumes (using a physically-based method) can be calculated accurately using MODIS, that the new algorithm can identify rapidly draining lakes reliably, and that it therefore has the potential to be used widely across the GrIS to generate novel insights into rapidly draining lakes. The controls on rapid lake drainage remain unclear, making it difficult to incorporate lake drainage into models of GrIS hydrology. The second aspect of this study therefore investigates whether various hydrological, morphological, glaciological and surface-mass-balance controls can explain the incidence of rapid lake drainage on the GrIS. These potential controlling factors are examined within an Exploratory Data Analysis statistical technique to elicit statistical similarities and differences between the rapidly and non-rapidly draining lake types. The results show that the lake types are statistically indistinguishable for almost all factors, except lake area. It is impossible, therefore, to elicit an empirically-supported, deterministic method for predicting hydrofracture in models of GrIS hydrology. A frequent problem in remote sensing is the need to trade-off high spatial resolution for low temporal resolution, or vice versa. The final element of this thesis overcomes this problem in the context of monitoring lakes on the GrIS by adapting the FAST algorithm (to become “the FASTER algorithm”) to use with a combined Landsat 8 and Sentinel-2 satellite dataset. The FASTER algorithm is applied to a large, predominantly land-terminating region of west Greenland in summers 2016 and 2017 to track changes to lakes, identify rapidly draining lakes, and ascertain the extra quantity of information that can be generated by using the two satellites simultaneously rather than individually. The FASTER algorithm can monitor changes to lakes at both high spatial (10 to 30 m) and temporal (~3 days) resolution, overcoming the limitation of low spatial or temporal resolution associated with previous remote sensing of lakes on the GrIS. The combined dataset identifies many additional rapid lake-drainage events than would be possible with Landsat 8 or Sentinel-2 alone, due to their low temporal resolutions, or with MODIS, due to its inferior spatial resolution.
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THE IMPACT OF MELTING GLACIERS ON MOUNTAIN GROUNDWATER SYSTEMS: A MULTI-YEAR STUDY INCORPORATING ISOTOPIC TRACERS AND MICROBIOLOGY IN MOUNT HOOD NATIONAL FOREST, OREGON, AND GLACIER NATIONAL PARK, MONTANA, AND TIME SERIES ANALYSES IN THE SWISS ALPS

Jordyn B Miller (11852195) 17 December 2021 (has links)
<p>Alpine glaciers around the world are in retreat and are unlikely to reverse course. This dissertation focuses on improving our understanding of the impact of glacial melt on mountainous alpine groundwater systems. Studies on glacial melt-groundwater interactions have become more prevalent, particularly in the past 5 years, because we are recognizing that the contribution of glacial melt to the hydrologic cycle is not limited to melt-season surficial streamflow. The importance of glacial melt to mountain groundwater systems has the potential to not only influence spring and streamflow generation, but also the longevity of alpine specific, and frequently endangered species, dependent on this source of recharge. This recharge may be vital for human water needs such as potable water, agriculture, and hydrothermal power.</p>The impact that a transition from glacial melt to snow- or rain-dominated streamflow and recharge will have on alpine ecosystems in a continually warming climate is far reaching. This dissertation: 1) tests whether glacial melt is an important source of recharge for mountain springs and their microbial communities, 2) investigates the spatial impact of glacial-melt recharge on residence times and flowpaths that support alpine springs, and 3) explores the impact of post-peak water on alpine baseflow using a statistical, timeseries approach. My results show that the groundwater systems in glaciated mountainous, alpine regions are particularly vulnerable to climate change. Springs in Mount Hood National Forest and Glacier National Park were sampled over a 4-year period, and in addition, publicly available long-term streamflow datasets were are also utilized. The chapters composing this work build upon each other, and compare and contrast the factors most important in glacial melt recharging the mountain-block. Information that is vital to the management of alpine water resources by landowners, watershed groups, scientists, and others interested in mountain groundwater systems in glaciated alpine regions is presented in the following pages.
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RECONSTRUCTING ICE SHEET SURFACE CHANGES IN WESTERN DRONNING MAUD LAND, ANTARCTICA

Jennifer C H Newall (10724127) 29 April 2021 (has links)
<p>Understanding climate-driven changes in global land-based ice volume is a critical component in our capability to predict how global sea level will rise as a consequence of the current human-driven climate change. At the last glacial maximum (LGM, which peaked around 20 ka), ephemeral ice sheets covered vast regions of the northern hemisphere while both the Greenland and Antarctic ice sheets were more extensive than at present. As global temperatures rose at the transition into the Holocene, driving the LGM deglaciation, eustatic sea level rose by approximately 125 m. The east Antarctic ice sheet (EAIS) is the largest ice sheet on Earth today, holding an ice volume equivalent to ca. 53 m rise in global sea level. Considering current trends in global climate, specifically rapidly increasing atmospheric CO<sub>2</sub> levels and global temperature, it is important to improve our understanding of how the EAIS will respond to global warming so that we can make better predictions of future sea level changes to guide community adaptation and planning efforts. Numerical ice sheet models which inform projections of future ice volume changes, and can, therefore, yield projections of sea level rise, rely on empirical data to test their ability to accurately represent former and present ice configurations. However, there is a general lack of data on the paleoglaciology of the EAIS along the western Dronning Maud Land (DML) margin. In order to address this situation, the paleoglaciology of western DML forms the focus of the work presented in this thesis.</p><p><b> </b></p><p>Together with collaborators within the MAGIC-DML consortium (Mapping, Measuring and Modelling Antarctic Geomorphology and Ice Change in Dronning Maud Land) that provides the funding for this MS project, the author has performed geomorphological mapping across western DML; an area of approximately 200,000 km<sup>2</sup>. The results of the mapping presented in this thesis will provide the basis for a detailed glacial reconstruction of the region. The geomorphological mapping was completed almost entirely by remote sensing using very high-resolution (sub-meter in the panchromatic) WordView-2 and WorldView-3 (WV) satellite imagery, combined with ground validation studies during field work. Compared to Landsat products, the improved spatial resolution provided by WV imagery has fundamentally changed the scale and detail at which remote sensing based geomorphological mapping can be completed. The mapping presented here is focused on the glacial geomorphology of mountain summits and flanks that protrude through the ice sheet’s surface (nunataks). In our study area of western DML these nunatak surfaces make up <0.2 % of the total surface area, and the landforms mapped here are generally smaller than can be identified from Landsat products (30 m spatial resolution). The detail achieved in our mapping, across such a vast, remote area that presents numerous obstacles to accessibility highlights the benefits of utilizing the new VHR WV data. As such an evaluation of the WV data, as applied to geomorphological mapping is presented here together with our mapping of the glacial geomorphology of western DML. The results of which provides evidence of ice having overridden sites at all elevations across the entire study area; from the highest elevation inland nunataks that form the coast-parallel escarpment, to low-elevation emerging nunataks close to the coast. Hence from our studies of the glacial geomorphology of this region we can ascertain that, at some point in the glacial history of western DML, ice covered all of the mountain summits that are exposed today, indicating an ice sheet surface lowering of up to 700 m in some places.</p>
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Le Précambrien supérieur et le Paléozoïque inférieur de l'Adrar de Mauritanie (bordure occidentale du bassin de Taoudeni, Afrique de l'Ouest), un exemple de sédimentation de craton. Étude stratigraphique et sédimentologique - TOMES 1 (Série 1) et 3 (Annexes)

Trompette, Roland 01 October 1973 (has links) (PDF)
L'Adrar de Mauritanie représente l'extrémité ouest du bassin de Taoudeni (1 500 000 km2, Afrique de l'Ouest). La succession sédimentaire, qui repose en discordance fondamentale sur un socle archéen, débute autour de 1 milliard d'années (1 Ga) et s'achève au Dévonien, ici non étudié. Trois séries sont décrites. LA SÉRIE 1 ou inférieure est épaisse de 1750 mètres. Sa partie inférieure est finement clastique ; sa partie moyenne est composée d'une alternance de shales et siltites et de calcaires dolomitiques à stromatolites ; et sa partie supérieure de grauwackes fines à très fines. Des datations Rb/Sr et K/Ar sur matériel argileux, et la comparaison des stromatolites avec les formes du Riphéen d'URSS, suggèrent que la Série 1 s'est déposée entre 1000 et 650 Ma, c'est-à-dire au Protérozoïque supérieur. Il s'agit d'une sédimentation clastique fine à très fine, dans une mer très peu profonde balayée par de forts courants de marée de direction NNE-SSW orientant les récifs stromatolitiques, et probablement interrompue par deux épisodes glaciaires dont l'étude reste à faire. LA SÉRIE 2 ou moyenne, épaisse de 1200 mètres, repose en discordance angulaire faible sur la Série 1 ou le socle. Elle débute par une triade présente dans tout le Bassin de Taoudeni : tillite basale - calcaires à barytine - silexites, et se poursuit par des dépôts clastiques fins puis moyens, rougeâtres, continentaux. A sa partie supérieure des grès à scolithes (limite Cambrien-Ordovicien) marquent le retour de la mer. La tillite basale, qui serait d'âge marinoan, est homogène sur plus de 500 km et déposée dans un environnement de basse énergie. LA SÉRIE 3 ou supérieure, épaisse de 175 mètres, débute par un groupe clastique d'origine glaciaire, daté au Maroc du Caradoc, équivalent de l'Unité IV du Hoggar. Il est caractérisé par de nombreux remaniements, vallées au profil en U et paléoeskers de toutes tailles. Les glaces progressaient de l'ESE vers l'WNW. Cette glaciation, lithologiquement très semblable à celle du Quaternaire de l'hémisphère nord, diffère totalement de celle de la base de la série 2. Le groupe supérieur argileux marque la transgression eustatique de la mer ; il est silurien et des faunes de Graptolites ont permis d'y distinguer Llandovery, Gala-Tarannon, Wenlock et Ludlow eß1. EN SOMME en Adrar de Mauritanie, Protérozoïque supérieur et Paléozoïque inférieur sont représentés par des dépôts clastiques fins avec, entre 1000 et 400 Ma, quelques passées carbonatées à stromatolites et deux à quatre incursions glaciaires aux caractéristiques inhabituelles. Cette sédimentation à long terme, en milieu marin très peu profond ou en milieu continental, constante sur de grandes étendues, entrecoupée de discordances presque imperceptibles, est typique des couvertures cratoniques.
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Le Précambrien supérieur et le Paléozoïque inférieur de l'Adrar de Mauritanie (bordure occidentale du bassin de Taoudeni, Afrique de l'Ouest), un exemple de sédimentation de craton. Étude stratigraphique et sédimentologique - TOME 2 (Séries 2 et 3)

Trompette, Roland 01 October 1973 (has links) (PDF)
L'Adrar de Mauritanie représente l'extrémité ouest du bassin de Taoudeni (1 500 000 km2, Afrique de l'Ouest). La succession sédimentaire, qui repose en discordance fondamentale sur un socle archéen, débute autour de 1 milliard d'années (1 Ga) et s'achève au Dévonien, ici non étudié. Trois séries sont décrites. LA SÉRIE 1 ou inférieure est épaisse de 1750 mètres. Sa partie inférieure est finement clastique ; sa partie moyenne est composée d'une alternance de shales et siltites et de calcaires dolomitiques à stromatolites ; et sa partie supérieure de grauwackes fines à très fines. Des datations Rb/Sr et K/Ar sur matériel argileux, et la comparaison des stromatolites avec les formes du Riphéen d'URSS, suggèrent que la Série 1 s'est déposée entre 1000 et 650 Ma, c'est-à-dire au Protérozoïque supérieur. Il s'agit d'une sédimentation clastique fine à très fine, dans une mer très peu profonde balayée par de forts courants de marée de direction NNE-SSW orientant les récifs stromatolitiques, et probablement interrompue par deux épisodes glaciaires dont l'étude reste à faire. LA SÉRIE 2 ou moyenne, épaisse de 1200 mètres, repose en discordance angulaire faible sur la Série 1 ou le socle. Elle débute par une triade présente dans tout le Bassin de Taoudeni : tillite basale - calcaires à barytine - silexites, et se poursuit par des dépôts clastiques fins puis moyens, rougeâtres, continentaux. A sa partie supérieure des grès à scolithes (limite Cambrien-Ordovicien) marquent le retour de la mer. La tillite basale, qui serait d'âge marinoan, est homogène sur plus de 500 km et déposée dans un environnement de basse énergie. LA SÉRIE 3 ou supérieure, épaisse de 175 mètres, débute par un groupe clastique d'origine glaciaire, daté au Maroc du Caradoc, équivalent de l'Unité IV du Hoggar. Il est caractérisé par de nombreux remaniements, vallées au profil en U et paléoeskers de toutes tailles. Les glaces progressaient de l'ESE vers l'WNW. Cette glaciation, lithologiquement très semblable à celle du Quaternaire de l'hémisphère nord, diffère totalement de celle de la base de la série 2. Le groupe supérieur argileux marque la transgression eustatique de la mer ; il est silurien et des faunes de Graptolites ont permis d'y distinguer Llandovery, Gala-Tarannon, Wenlock et Ludlow eß1. EN SOMME en Adrar de Mauritanie, Protérozoïque supérieur et Paléozoïque inférieur sont représentés par des dépôts clastiques fins avec, entre 1000 et 400 Ma, quelques passées carbonatées à stromatolites et deux à quatre incursions glaciaires aux caractéristiques inhabituelles. Cette sédimentation à long terme, en milieu marin très peu profond ou en milieu continental, constante sur de grandes étendues, entrecoupée de discordances presque imperceptibles, est typique des couvertures cratoniques.
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Modélisation du vieillissement chimique de panachés de feux de biomasse boreaux

Guerinot, Geneviève 27 June 2000 (has links) (PDF)
Les feux de biomasse ont un impact important sur l'atmosphère car ils émettent de grandes quantités de composés réactifs (CO, hydrocarbures, acides organiques, NH3, NOx), de gaz à effet de serre (C02, CH4, N20), et d'aérosols. Cette étude est principalement basée sur 2 types de mesures: (1) la composition chimique de panaches de feu du Canada et de l'Alaska (campagne ABLE-3B : The Arctic Boundary Layer Expedition) ; (2) l'analyse chimique des carottes de glaces du Groenland qui fournit un enregistrement unique des précipitations reflétant la composition atmosphérique au moment de la déposition. Ces mesures indiquent des augmentations simultanées d'acide formique et d'acide acétique, ainsi que la présence du formiate d'ammonium. Ces pics sporadiques ont été attribués à des événements de feu de biomasse. La comparaison de (1) et (2) suggère une évolution chimique caractéristique au cours des 5 jours de transport des panaches de feu entre l'Amérique du Nord et le Groenland. Le but de cette étude est d'expliquer la signature des feux de biomasse boréaux enregistrée dans la glace, et de discerner quels sont les processus chimiques qui gouvernent le vieillissement des panaches de feu. Nous avons utilisé un modèle météorologique, et développé un modèle de chimie atmosphérique traitant une chimie gazeuse et aqueuse : élaboration d'un calcul de pH des gouttelettes d'eau nuageuse, induction d'une nouvelle méthode mathématique, puis, mise à jour, modification, et élargissement du schéma réactionnel. Les résultats montrent que les panaches de feux observés au-dessus du Canada ont atteint un équilibre chimique après leur formation en quelques heures ou quelques jours. La chimie aqueuse a une influence négligeable sur les résultats et se sont les transferts de phase gaz-eau-glace qui permettent d'expliquer les mesures de la glace. Nous expliquons comment nous avons extrapolé nos résultats de modélisation à ceux dans la glace, et comment nous avons déterminé des paramètres physico-chimiques importants concernant l'incorporation des composés chimiques dans la glace.
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Modélisation directe et inverse d'écoulements géophysiques viscoplastiques par méthodes variationnelles - Application à la glaciologie

Martin, Nathan 10 July 2013 (has links) (PDF)
Résumé : Un certain nombre d'écoulements géophysiques, tels que les écoulements de glace ou de lave magmatique, impliquent le mouvement gravitaire à faible nombre de Reynolds d'un fluide viscoplastique à surface libre sur un socle rocheux. Leur modélisation fait apparaître des lois de comportement rhéologique et des descriptions de leurs intéractions avec le socle rocheux qui reposent sur des paramétrisations empiriques. Par ailleurs, l'observation systématique de ce type d'écoulements avec une grande précision est rarement possible ; les données associées à l'observation de ces écoulements, principalement des données de surface (télédétections), peuvent être peu denses, manquantes ou incertaines. Elles sont aussi le plus souvent indirectes : des paramètres inconnus comme le glissement basal ou la rhéologie sont difficilement mesurables in situ. Ce travail de thèse s'attache à la modélisation directe et inverse de ces écoulements géophysiques, particulièrement les écoulements de glace, par des méthodes variationnelles à travers la résolution du problème de Stokes pour les fluides en loi de puissance. La méthode de résolution du problème direct (Stokes non-linéaire) repose sur le principe du minimum de dissipation qui mène à un problème variationnel de type point-selle à quatre champs pour lequel on montre l'existence de solutions. La condition d'incompressibilité et la loi de comportement représentent alors des contraintes associées au problème de minimisation. La recherche des points critiques du lagrangien correspondant est réalisée à l'aide d'un algorithme de type lagrangien augmenté, discrétisé par éléments finis triangles à trois champs. Cet algorithme conduit à un important gain tant en temps de calcul qu'en utilisation mémoire par rapport aux algorithmes classiques. On s'intéresse ensuite à la modélisation numérique inverse de ces fluides à l'aide du modèle adjoint et des deux principaux outils associés : l'analyse de sensibilité et l'assimilation de données. On étudie tout d'abord la modélisation rhéologique de ces fluides à travers les deux paramètres principaux de la loi de comportement : la consistance du fluide et l'exposant rhéologique. Des analyses de sensibilité sur ces paramètres définis localement, permettent de quantifier leurs poids relatifs au sein du modèle d'écoulement, en termes de vitesses de surface. L'identification de ces grandeurs est également réalisée. L'ensemble des résultats est résumé comme une méthodologie vers une "rhéométrie virtuelle" pouvant représenter une aide solide à la mesure rhéologique. Le glissement basal, paramètre majeur dans la dynamique de la glace, est investigué selon la même approche. Les analyses de sensibilité mettent en avant une capacité à voir à travers le caractère "filtré" et non-local de la transmission de la variabilité basale vers la surface, ouvrant des perspectives vers l'utilisation des sensibilités pour la définition de lieux d'intérêt pour l'observation et la mesure. Ce glissement basal, modélisation empirique d'un processus complexe et multiéchelle, est ensuite utilisé pour la comparaison avec une méthode inverse approximative courante en glaciologie (méthode négligeant la dépendance de la viscosité à la vitesse, i.e. la non-linéarité). Le modèle adjoint, obtenu par différentiation automatique et évalué par accumulation retour, permet de définir cette approximation comme un cas limite de la méthode inverse complète. Ce formalisme mène à une généralisation du processus d'évaluation numérique de l'état adjoint, ajustable en précision et en temps de calcul en fonction de la qualité des données et du niveau de détail souhaité dans la reconstruction. L'ensemble de ces travaux est associé au développement du logiciel DassFlow-Ice de simulation directe et inverse de fluides viscoplastiques à surface libre. Ce logiciel prospectif bidimensionnel, diffusé dans la communauté glaciologique, a donné lieu au développement d'une version tridimensionnelle.

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