Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Silicon (Si) is one of the most abundant elements in the dissolved phase in rivers and is a key nu-trient in riverine and marine ecosystems. The continental cycle of Si is complex and involves interactions with many secondary reservoirs such as clay minerals and biogenic silica (BSi), making the Si fluxes hard to constrain. Stable isotopes provide a way to trace and describe element cycling. The natural isotopic fractionations that accompany the transfer of the element from one reservoir to another lead to specific isotopic signatures that can be used to reconstruct its source and the pathway during its biogeochemical cycle. The aim of this thesis is therefore to explore the potential of Si isotopes as a tracer of the factors controlling the dissolved Si (DSi) concentration in rivers and more specifically in tropical rivers.<p>Key issues treated in this thesis are the improvement of our understanding of 1° the spatial and seasonal variability of Si isotopic signatures in rivers, 2° the biological influence on the riverine isotopic signatures and on DSi and BSi fluxes, and 3° the impact of the type of weathering on the riverine isotope signatures.<p>The isotopic composition of different tropical basins such as the Congo River (Central Africa), the Tana River (Kenya), the Amazon (South America) and its tributaries, were determined along with other physico-chemical parameters. In order to achieve this, the water sample purification processing, necessary before isotope analyses, required specific improvements that are also pre-sented here. The average of all the riverine δ30Si signatures available so far is +1.11 ‰ (n = 253). The impact of diatom growth on the isotopic signatures of the rivers can be clearly shown in the different systems studied, and especially in the Congo River where the isotopic signature could be used in order to estimate the diatom production. The impact of anthropic perturbations through dam construction is also clearly shown in the Tana River. On a global scale the biological influ-ence on the riverine isotopic signatures is estimated to induce an increase of 0.18 ‰ of the δ30Si signature in rivers. This study also confirms the preponderant influence of weathering and secondary clay formation on dissolved Si isotope signatures in the studied rivers. Finally, isotopic signatures from these rivers are compared to data available for other rivers around the world in order to draw large trends on a global scale. <p>/<p>Le silicium (Si) est l’un des éléments les plus abondants sous forme dissoute dans les rivières et est un nutriment fondamental tant dans les rivières que dans les écosystèmes marins. Le cycle continental du Si est complexe et inclut des interactions avec de nombreux réservoirs secondaires, comme les argiles et la silice biogénique (BSi), rendant les flux de Si difficiles à quantifier. Les isotopes stables fournissent un moyen de tracer et de décrire le cycle d’un élément. Le fractionnement isotopique qui accompagne le transfert de l’élément d’un réservoir à un autre induit des signatures isotopiques spécifiques qui peuvent être utilisées pour retracer la source et la trajectoire suivie par cet élément au cours de son cycle biogéochimique. Le but de cette thèse est d’explorer le potentiel des isotopes du Si en tant qu’indicateur des facteurs contrôlant la concentration en Si dissous (DSi) dans les rivières et plus spécifiquement dans les rivières tropicales.<p>Les questions principales traitées dans cette thèse sont l’amélioration des connaissances de :1° la variabilité spatiale et saisonnière des signatures isotopiques du Si dans les rivières, 2° l’influence biologique sur les signatures isotopiques des rivières et sur les flux de DSi et BSi et 3° l’impacte du type d’altération sur les signatures isotopiques des rivières. <p>Les compositions isotopiques de différents bassins tropicaux tels que le Fleuve Congo (Afrique Centrale), le Fleuve Tana (Kenya), l’Amazone (Amérique du Sud) et ses principaux affluents ont été déterminées en même temps que d’autres paramètres physicochimiques. Pour ce faire, le pro-cédé de purification des échantillons d’eau, préalable aux analyses isotopiques, a nécessité des améliorations spécifiques qui sont également présentées ici. La moyenne de toutes les signatures δ30Si accessibles à l’heure actuelle est de +1.11 ‰ (n = 253). L’impact de la croissance des diatomées sur les signatures isotopiques des rivières est démontré dans les différents systèmes étudiés, spécialement pour le Fleuve Congo où la signature isotopique a pu être utilisée afin de déterminer la production de diatomées. L’influence de perturbations anthropiques telles que la construction de barrages a pu être démontrée pour le Fleuve Tana. À l’échelle globale, on estime que l’influence biologique sur la signature isotopique des rivières mène à une augmentation de 0.18 ‰ de la signature δ30Si moyenne des rivières. Cette étude confirme également l’influence prépondérante de l’altération et de la formation d’argiles secondaires sur les signatures isotopiques du DSi dans les rivières étudiées. Enfin, les signatures isotopiques de ces rivières sont comparées aux données accessibles pour d’autres rivières à travers le monde afin d’en déduire les grandes tendance à l’échelle mondiale.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les herpétofaunes du Maastrichtien du Bassin de Hateg (Roumanie) et du Paléocène Moyen du Bassin de Mons (Belgique) ont été analysées dans le but d’étudier l’influence de la crise Crétacé/Paléogène sur ces faunes en Europe et de contribuer à élucider leur origine biogéographique. Pour ce faire, nous disposions de 228, 56 et 19 spécimens provenant respectivement des gisements roumains de Pui-Islaz, Totesti-baraj et Nãlat-Vad ainsi que de 1054 spécimens provenant du puits de Hainin. Les herpétofaunes du Bassin de Hateg se composent d’au moins un allocaudate albanerpetontidé du genre Albanerpeton, de deux anoures discoglossidés, de deux lacertiliens paramacellodidés ainsi que du premier vrai téiidé identifié jusqu’au niveau spécifique en Europe et d’un serpent madtsoiidé. Les herpétofaunes du Bassin de Mons nous indiquent quant à elles que les caudates sont représentés par 3 nouvelles espèces de salamandridés, les anoures par un nouveau genre de discoglossidé ainsi que par une nouvelle espèce de palaeobatrachidé. La présence des lacertiliens est attestée par 2 nouveaux genres de scincoïdes ainsi que par 6 autres scincomorphes indéterminés, par un nouveau genre d’amphisbène et peut-être également par un anguidé apode. Les serpents sont quant à eux représentés par le plus ancien boidé d’Europe ainsi que par le plus ancien scolécophidien découvert jusqu’ici. Ces données paléontologiques ainsi que les données lithologiques des deux localités analysées, indiquent que le climat était tempéré chaud et humide avec des étendues d’eaux stagnantes. Ce travail permet également de conclure que la crise Crétacé/Paléogène n’a pas influencé les faunes européennes de manière dramatique.<p>Seuls les allocaudates albanerpetontidés, les lacertiliens polyglyphanodontinés et les serpents madtsoiidés disparaissent après la crise tandis que les caudates salamandridés et batrachosauroididés, les anoures discoglossidés et palaeobatrachidés, et les lacertiliens scincoïdes et amphisbènes, ne semblent pas avoir été affectés par cette crise en Europe. Par ailleurs, les herpétofaunes du Maastrichtien européen ont subi une influence nord-américaine suite à une migration ayant eu lieu durant le Crétacé Supérieur. Une vague de migration se serait également produite au Paléocène Supérieur, entre le MP1-5 et le MP6, et une autre au début de l’Eocène correspondant à celle déjà mise en évidence pour les mammifères. Cette dernière vague serait responsable de l’arrivée de nombreuses familles modernes de lacertiliens tels les agamidae, geckonidae, varanidés, helodermatidés et lacertidés. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Measuring the composition of the planetary boundary layer is essential for monitoring pollutants and for understanding their impact on environment and health. Nadir satellite remote sensing is particularly appealing to sound this part of the atmosphere, but is however challenging because pollutants concentrations are generally weak and confined in a small part of the atmospheric column. Among the sounders currently in orbit, those operating in the thermal infrared have usually their maximum sensitivity in the mid-troposphere, and are thought to be inadequate to measure the near-surface atmospheric composition. Their sensitivity to this part of the atmosphere is indeed generally limited by low temperature contrast (called thermal contrast) between the ground and the air above it. Shortly before the beginning of this PhD, this has however been challenged with different studies, which have shown the possibility to measure air pollution with thermal infrared sounders in case of high thermal contrast conditions. This was especially demonstrated with the measurement of ammonia global distribution using the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI). This work aims at fully exploring the capabilities of thermal infrared sounders to sound the near-surface atmospheric composition. It mainly focuses on the observations of the IASI instrument, and addresses the following questions: where and when is IASI sensitive to the near-surface atmosphere? How large and how variable is the sensitivity to near-surface pollutants? What are the parameters that drive this variability? The answers to these questions are looked at for two pollutants: sulphur dioxide (SO2) and carbon monoxide (CO), and are obtained through a series of different analyses. SO2 is the first constituent on which this work focuses. The retrieval of its near-surface concentration is first of all attempted in an area surrounding the industrial area of Norilsk. This region, well-known for the extraction of heavy metals and its extremely high levels of pollution, encounters large temperature inversions in winter, which trap SO2 close to the ground. By exploiting these (corresponding to high negative thermal contrast), we show that it is possible to retrieve the surface SO2 concentrations in the region. This is done using a simplified version of the optimal estimation method, based on the use of a total measurement error covariance matrix. Further, we show that the surface SO2 concentration retrieval using the ν3 band is limited, in addition to thermal contrast, by the strong water (H2O) absorption, which renders the lowest atmosphere opaque in this spectral range in case of large humidity. Two conditions are therefore shown to be required to monitor near-surface SO2 in the ν3 band: large thermal contrast and low surface humidity. These findings are confirmed with the retrieval of SO2 at global scale, performed using a newly developed retrieval scheme based on the conversion of radiance indexes into SO2 columns using look-up-tables. It is composed of two successive steps: 1) the determination of the altitude of SO2 and the selection of low plumes (below 4 km), 2) for the selected observations, the conversion of radiance indexes into integrated SO2 0–4 km columns. The distributions and time series so obtained are used to better characterise the variability of IASI sensitivity to surface SO2 in the ν3 band at the global scale, and more particularly, in terms of thermal contrast strength and total column of H2O.The characterisation of IASI sensitivity to CO is realised in a second part of the work. Radiative transfer simulations are conducted first to determine the possibility to detect enhancement in CO near-surface concentrations with IASI. The framework of the optimal estimation is then used to investigate the capability of IASI to decorrelate, as a function of thermal contrast, the CO concentration in the low troposphere from that in the high troposphere. Finally, comparisons of IASI CO observations with co-located aircraft and ground-based measurements are shown to confirm with real data how IASI sensitivity to near-surface CO varies in terms of thermal contrast conditions, and to which extent it allows determining the CO abundance in case of high pollution. / Mesurer la composition de la couche limite atmosphérique depuis les satellites est essentiel pour comprendre l’impact des polluants sur l’environnement global et sur la santé. Parmi les sondeurs actuellement en orbite, ceux opérant dans l’infrarouge thermique sont souvent considérés comme inadéquats pour cet objectif, leur sensibilité à l’atmosphère de surface étant généralement limitée par de faibles contrastes de température (appelés contrastes thermiques, TC) entre le sol et l’air au-dessus. Différentes études récentes ont cependant montré la possibilité de mesurer la pollution de l’air avec ce type de sondeur dans des conditions de TC élevé.Ce travail a pour objectif de redéfinir la capacité des sondeurs opérant dans l’infrarouge thermique à mesurer la composition de l’atmosphère de surface. Il se focalise sur les observations de l’instrument IASI (Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge), et tente de répondre, pour les deux polluants que sont le dioxyde de soufre (SO2) et le monoxyde de carbone (CO), aux questions suivantes :Où et quand IASI est-il sensible à l’atmosphère de surface ?Quels sont les paramètres qui influencent cette sensibilité et dans quelle mesure?Dans une première partie, la thèse se focalise sur l’ajustement des concentrations de SO2 de surface pour la région industrielle de Norilsk, connue pour son niveau de pollution élevé. Nous montrons qu’il y est possible de restituer les concentrations de surface de SO2 en hiver, en exploitant les larges inversions de température (TC négatifs) qui s’y développent. Les restitutions reposent sur une version simplifiée de la méthode de l’estimation optimale, utilisant une matrice complète de l’erreur de mesure. En plus du TC, nous montrons que l’ajustement dans la bande ν3 du SO2 est également limité par la forte absorption de la vapeur d’eau (H2O), qui rend les basses couches de l’atmosphère opaques. La nécessité de combiner des TCs élevés et une faible humidité pour permettre la mesure du SO2 en surface est confirmée par une analyse à l’échelle globale, utilisant une méthode basée sur la mesure d’indices de radiance et leur conversion en colonnes de SO2 à l’aide de tables pré-calculées. Composée de 2 étapes, cette méthode identifie et sélectionne d’abord les panaches situés sous 4 km ;elle convertit ensuite les indices de radiance en colonnes de SO2 intégrées entre 0 et 4 km. Les distributions et séries temporelles obtenues sont utilisées pour caractériser, en termes de valeurs de TC et de colonnes totales d’H2O, la variabilité de la sensibilité de IASI au SO2 de surface dans la bande ν3.Dans la seconde partie du travail, des simulations de transfert radiatif sont entreprises pour déterminer la possibilité de détecter avec IASI des augmentations de la concentration de CO dans l’atmosphère de surface. Le formalisme de l’estimation optimale est aussi utilisé pour analyser l’influence du TC sur la capacité de IASI à décorreler les concentrations du CO dans la basse et la haute troposphère. Finalement, des comparaisons entre les concentrations de CO restituées des mesures IASI sous différentes conditions de TC et de pollution et celles mesurées par avions et par des stations au sol complètent la caractérisation. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans l'histoire des éruptions volcaniques, le Papandayan à l'Ouest de Java est considéré comme l'un des plus meurtriers après avoir causé la mort de 2957 personnes et des dégâts sérieux en 1772. L'éruption la plus récente de ce volcan a eu lieu en 2002 et était de type phréatique. Cette éruption a été précédée d'une augmentation soudaine de l'activité sismique moins de deux jours avant l'éruption. Aucune victime n'a été déplorée. La nature de cette éruption est indéfinie. Cette thèse regroupe plusieurs études utilisant différentes techniques en vue d'améliorer la prédictibilité des éruptions du volcan Papandayan, principalement via l'interprétation des signatures sismiques.<p>Le monitoring sismique passif a débuté en décembre 2009 par l'installation d'une station sismique permanente à large bande dans le cratère du Papandayan. L'année suivante, une station météorologique a été installée pour compléter les mesures. La troisième année, 8 stations sismiques temporaires ont été déployées autour du volcan en réponse à une augmentation de l'activité sismique en 2011.<p>Nous avons conduit différentes études; (1) Nous avons examiné l'évolution de l'activité volcanique par réalisation d'une revue complète de l'histoire éruptive du volcan, autant pour la période préhistorique qu'historique. (2) Nous avons réalisé une analyse temps-fréquence des événements sismiques, étudié leurs caractéristiques et proposé une nouvelle classification avec une description des processus physiques supposés les générer. (3) Nous avons étudié les signatures sismiques précurseur de l'éruption de 2002 et pendant la crise volcanique de 2011 en implémentant différentes méthodologies, dont: la détection automatique d'événements sismiques à l'aide de filtres récursifs STA/LTA, l'analyse spectrale des formes d'onde, la mesure continue de l'amplitude spectrale du signal (SSAM), la polarisation des ondes et l'analyse de la distribution fréquence/magnitude (b-value). Nous avons alors réalisé un modèle chronologique des séquences sismiques du Papandayan. (4) Pour améliorer la compréhension de la dynamique des fluides sous le volcan Papandayan, nous avons réalisé une analyse des fréquences complexes des événements longue période (LP) et leurs variations temporelles peuvent être utilisées pour estimer (a) la composition des fluides présents dans les fractures sous le volcan et/ou (b) l'évolution des dimensions de ces fractures. Ces variations des fréquences complexes des événements LP peuvent être interprétées comme les réponses dynamiques du système hydrothermal à des changements d'impulsions de chaleur transférées par les flux de gaz volcaniques du magma sous le volcan. (5) nous avons calculé l'évolution temporelle du rapport spectral horizontal-sur-vertical (HVSR) en utilisant le bruit sismique ambiant enregistré par une station unique pour estimer les variations de vitesse de propagation des ondes de cisaillement en lien avec l'activité dynamique du volcan. Nous avons trouvé une corrélation claire entre les variations de fréquence de résonnance HVSR et l'augmentation de la sismicité.<p>Enfin, nous proposons des hypothèses sur les processus physiques qui se produisent sous le Papandayan. Cette étude est une première tentative d'utilisation de cette méthode pour surveiller l'activité volcanique en continu.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La caldera du volcan Rinjani contient un lac d’un volume de 1 km³ qui est probablement le plus grand lac volcanique au monde présentant une anomalie thermique nette. Ce lac présente une composition neutre chlorure sulfate bicarbonate inhabituelle pour les lacs volcaniques. Sa TDS (2600 mg/l) et conductivité (3500µs/cm) élevées indiquent un apport de fluides hydrothermaux très important. Enfin, son alcalinité élevée (520 mg/l), indique un apport important de dioxyde de carbone dans le lac.<p>Les sources thermales situées autour du Gunung Baru (cône volcanique situé dans la caldera) ont une composition chimique en éléments majeurs et une composition isotopique proche de celles du lac volcanique indiquant qu’elles sont essentiellement le résultat du recyclage du lac par le système hydrothermal. Les variations de compositions entre les différentes sources ont permis de montrer que leurs compositions est le résultat du mélange entre un fluide hydrothermal profond de composition neutre chlorure, dont la température a été estimée à 270°C, et d’un fluide plus superficiel riche en magnésium et en sulfate.<p>Le flux de dioxyde de carbone à la surface du lac a été estimé à l’aide de la méthode de la chambre d’accumulation et par calcul à environ 2300 t/j, ce qui représente un apport significatif de gaz. Cependant, comme le lac présente une structure polymictique, le risque d’accumulation de dioxyde de carbone en profondeur et donc d’éruption limnique peut être exclus.<p>Pour la première fois dans cette thèse, le modèle d’estimation des flux thermiques émis par les lacs volcaniques mis au point par Stevenson (1992) a été contraint par des mesures des paramètres météorologiques mesurés en continu, ce qui a permis de valider le modèle. De plus, nous avons pu montrer que l’essentiel des variations de températures des lacs volcaniques est dû à des variations météorologiques. En utilisant le flux thermique plutôt que la température, il est dès lors possible d’avoir accès à des variations de l’activité volcanique.<p>Le flux thermique estimé pour le lac du Rinjani est de 1700 MW, ce qui représente le flux le plus élevé jamais mesuré sur un lac volcanique aérien. Ce flux thermique est aussi plus élevé que le flux thermique mesuré sur des lacs de lave à 800°C. Ce paradoxe apparent s’explique par la plus grande dimension des lacs volcaniques, la capacité calorifique de l’eau quatre fois plus importante que celle du magma et la viscosité de l’eau 1 million de fois inférieure, ce qui fait de l’eau un excellent fluide caloporteur pour transporter les calories vers la surface.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La faille Nord-Anatolienne est une faille décrochante dextre de 1500 km et la frontière de plaque entre l’Anatolie au sud et l’Eurasie au nord. Le mouvement vers l’Ouest de l’Anatolie par rapport à l’Eurasie à une vitesse de 21 mm/an est accommodé par le jeu de cette faille. Durant le 20ième siècle, cette faille a rompu d’est en ouest lors d’une séquence de larges tremblements de terre qui ont eu lieu à intervalles rapprochés. De nombreux géologues ont cherché à mieux comprendre l’histoire récente de cette faille, et plus parti-culièrement son histoire sismique ou paléosismologique. La recherche en paléosismologie consiste à contraindre en utilisant l’enregistrement sédimentaire existant la nature et la distribution des tremblements de terre passés. Dans cette thèse, j’ai effectué 4 investi-gations paléosismologiques le long de la faille Nord-Anatolienne dans des lieux où à chaque tremblement de terre la faille forme des escarpements à contre-pente et constitue un piège à sédiment. En étudiant la composition et la distribution des sols enfouis et ex-posés dans de larges tranchées creusées au travers de ces pièges sédimentaires, on peut identifier des « horizons sismiques » (c’est-à-dire la surface terrestre lors du séisme). En datant par le radiocarbone les matériaux déposés au-dessous (avant) et au-dessus (après) d’un horizon sismique, on peut contraindre à quel moment un paléoséisme a eu lieu. Fi-nalement dans cette thèse, j’ai compilé une base de donnée des chronologies de l’ensemble de paléoséismes documentés sur la faille Nord-Anatolienne. Grâce à cette base de données, j’ai pu déterminer l’occurrence des séismes avec une méthodologie cohérente, et analyser la chronologie obtenue à la fois qualitativement et quantitativement. L’analyse des données révèle que la faille Nord-Anatolienne ne rompt habituellement pas en cascade comme durant le 20ième siècle, et que l’activité de la faille est fortement influencé par les trois principaux régimes tectoniques existant en Turquie. Les variabilités d’activité le long de la faille pourraient résulter de contraintes normales à la faille, qui décroissent d’une façon générale de l’Est vers l’Ouest. Une décroissance des contraintes normales à la faille diminuerait localement le seuil de contrainte requis pour déclencher un séisme. Ceci explique l’observation que le temps de récurrence des séismes est plus court à l’Ouest. A l’Est, les ruptures sont plus variables, et le temps de récurrence est bimodal. Ceci peut être lié à des variations temporelles des contraintes normales à la faille, peut-être induites par le jeu sismique des failles Est-Anatolienne et de la Mer Morte. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Since the mid-20th century, global average temperatures have dramatically risen mostly due to the increasing amount of greenhouse gas emissions in the atmosphere. The effects of this recent global warming are already evident and could be exacerbated in the near future if no real action is taken. Recent ice loss in West Antarctica, monitored by satellite measurements and other techniques, gives cause for concern in such a warming world. A major part of this loss has been driven by warm water masses penetrating underneath the ice shelves in this region. This has led to a flow acceleration of the inland outlet glaciers and a greater discharge of ice to the ocean. The actual resulting contribution of West Antarctica to sea-level rise is estimated to be around 0.2 mm per year between 1992 and 2011, i.e. about one third of the ice-sheet contribution (Antarctica and Greenland), and is expected to increase in the near future.<p><p>In this thesis, we first clearly demonstrate that modeling grounding-line (the boundary between grounded and floating ice) migration depends on both the numerical approach and the physical approximation of the ice-sheet model used. Ice-sheet models prescribing the ice flux at the grounding line and using appropriate physical level and numerical approach converge to the same steady-state grounding-line position irrespective of the grid size used. However, the transient behavior of those models is less accurate than other models and leads to an overestimated grounding-line discharge. Therefore, they need to be used with particular attention on short time scales. Furthermore, the non-inclusion of vertical shear stress in those models increases the effective viscosity and gives steady-state grounding-line positions further downstream when compared to full-Stokes models.<p><p>The second major finding of this thesis is the high control of geometry (glacier width and bedrock topography) on Thwaites Glacier, one of the fastest-flowing outlet glaciers in West Antarctica. A flowline finite-difference Shallow-Shelf Approximation (SSA) model is applied to the glacier and shows that ice-flow convergence (through width parameterization) slows down the grounding-line retreat when compared to simulations where the width is constant. A new buttressing parameterization is also tested on the glacier and permits a better understanding of this effect. Finally, the three-dimensional version of the model above is applied to Thwaites Glacier and highlights the strong control of lateral variations in bedrock topography on grounding-line migration./Depuis le milieu du 20e siècle, les températures moyennes globales ont fortement augmenté principalement à cause de l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine. Les effets de ce réchauffement global récent sont déjà détectables et pourraient s'accentuer dans un futur proche si aucune mesure réelle n'est prise. La perte récente de glace en Antarctique de l'Ouest, enregistrée par mesures satellites et d'autres techniques, est préoccupante dans un monde qui se réchauffe. Une grande partie de cette perte de glace est due à la pénétration de masses d'eau chaude sous les plateformes de glace flottante dans cette région. Cela engendre une accélération de l'écoulement des glaciers émissaires et une plus grande décharge de glace vers l'océan. Ainsi, la contribution récente à la hausse du niveau de la mer de l'Antarctique de l'Ouest s'élève à environ 0.2 mm par an entre 1992 et 2011, c'est-à-dire près du tiers de la contribution des calottes glaciaires (Antarctique et Groenland). On estime que cette contribution va continuer à augmenter dans le futur proche.<p>Dans cette thèse, nous démontrons clairement que la modélisation de la migration de la ligne d'ancrage (frontière entre glaces posée et flottante) dépend de l'approche numérique et de l'approximation physique du modèle cryosphérique utilisé. Les modèles cryosphériques qui prescrivent le flux glaciaire à la ligne d'ancrage et qui utilisent un niveau de physique et une approche numérique appropriés convergent vers la même position d'équilibre de la ligne d'ancrage quelle que soit la taille de maille utilisée. Cependant, le comportement transitoire de ces modèles est moins précis que d'autres modèles et mène à une surestimation du flux à la ligne d'ancrage. Dès lors, ces modèles doivent être utilisés avec précaution sur de courtes périodes de temps. De plus, la non inclusion des contraintes verticales de cisaillement dans ces modèles augmente la viscosité effective et donne des positions d'équilibre de la ligne d'ancrage plus en aval en comparaison avec les modèles « full-Stokes ».<p>La seconde découverte majeure de cette thèse est le contrôle important exercé par la géométrie (largeur du glacier et topographie du lit rocheux) sur Thwaites Glacier, l'un des glaciers émissaires les plus rapides en Antarctique de l'Ouest. Un modèle « Shallow-Shelf Approximation » (SSA) résolvant les différences finies le long d'une ligne d'écoulement est appliqué au glacier et montre que la convergence de l'écoulement glaciaire (au travers de la paramétrisation de la largeur) ralentit le retrait de la ligne d'ancrage comparé aux simulations où la largeur est constante. Une nouvelle paramétrisation de l'effet arc-boutant est testée sur le glacier et permet de mieux comprendre cet effet. Finalement, la version en trois dimensions du modèle ci-dessus est appliquée à Thwaites Glacier et met en évidence le contrôle important des variations latérales de l'altitude du lit rocheux sur la migration de la ligne d'ancrage. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Antarctic ice shelves control the ice flux from the continent to the ocean. As such, they play a major role in the stability of the ice sheet and its potential contribution to sea level rise, especially in the context of global change. Below some of these ice shelves, marine ice can be found which is a product of the Deep Thermohaline Circulation. Due to its specific genetic process, marine ice has intrinsic physical (grain size, ice fabric, bubble content, ) and chemical (impurities, water stable isotopes) properties, that differ from those of 'meteoric ice' formed on the continent through snow metamorphism or 'sea ice' resulting from sea water freezing at the ocean-atmosphere surface. Until now however, the effect of these specific properties on marine ice rheology is still very poorly understood.<p><p>The principal objective being to include realistic mechanical parameters for marine ice in ice shelf flow models, uniaxial compression experiments have been performed on various types of marine ice samples. Technical developments are an important component of this thesis has they were necessary to equip the laboratory with the appropriate tools (pneumatic rig, automatic ice fabric data handling).<p><p>Results from experimental compression on isotropic marine ice show that it represents the higher boundary for meteoric ice viscosity throughout the whole temperature range, thereby validating Cuffey and Paterson's relationship with an enhancement factor equals to 1.<p><p>Marine ice is however often quite anisotropic, showing elongated crystals and wide single maximum fabric, that should impact its mechanical properties. Experiments on pre-oriented marine ice samples have therefore been carried out combining the study of epsilon_{oct} vs. tau_{oct} with a thorough analysis of microstructural data 'before' and 'after' the experiment. <p><p>Depending on the orientation of the sample in the applied stress field and on the intensity of the latter, anisotropic marine ice can be harder or softer than its isotropic counterpart, with n=4 often observed in Glen's flow law. Associating the experimental geometrical settings to potential natural equivalent, results suggest that anisotropic marine ice would strengthen ice shelf flow in most areas (for a same given temperature), apart from suturing areas between individual ice streams as they merge to form the ice shelf, where it could become weaker than meteoric ice in certain circumstances.<p><p>Finally, preliminary sensitivity studies, using a simple ice shelf model with our experimental parameters of Glen's flow law have allowed us to discuss the potential impact of rift location, rift size and thermal regime in the ice shelf behavior. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le contexte actuel du changement climatique, les glaciers arctiques contribuent de manière importante à l’élévation du niveau marin. Parmi eux, les glaciers dits « polythermaux » sont relativement répandus mais leur comportement demeure toujours mal connu. Afin de mieux comprendre la réponse de ces glaciers aux modifications du climat, nous nous somme intéressés au glacier McCall, situé en Alaska arctique, une zone marquée par un réchauffement du climat relativement prononcé.<p>Nous avons utilisé les techniques modernes de radio-écho sondage (radar) et de modélisation numérique, en combinaison avec des observations et mesures de terrain, afin d’identifier les processus physiques responsables de l’évolution de ce glacier ces dernières décennies.<p>Les données radar ont permis de reconstituer la géométrie actuelle du glacier, de distinguer les zones de glace « froide » (dont la température est située sous le point de fusion) des zones de glace « chaude » (température au point de fusion), ainsi que de détecter la présence d’eau à la base du glacier.<p>Ces informations ont été introduites dans un modèle à deux dimensions d’écoulement de la glace, afin de simuler le retrait du glacier depuis le Petit Age de la Glace (fin du 19ème siècle) selon différents scenarios.<p>Les résultats montrent que le modèle est capable de simuler l’évolution du glacier ces dernières décennies de manière réaliste et que le glacier McCall peut-être considéré comme un bon indicateur du changement climatique. Ils démontrent également que le retrait du front du glacier est principalement dû aux perturbations de son bilan de masse, chaque jour plus négatif. Cependant, la percolation et le regel d’une partie de l’eau de fonte sont des processus essentiels pour expliquer le maintien du glacier. Ceux-ci ont pour effet d’ajouter de la glace à l’ensemble du système qui serait autrement perdue par écoulement et drainage. De plus, ils ont paradoxalement pour effet de diminuer la température de la glace et participent donc à ralentir sa perte de masse.<p>En conclusion, la tendance générale au retrait du glacier McCall se confirme pour les années à venir et sa disparition semble inévitable. Cependant, nos résultats suggèrent que cette évolution future pourrait être moins rapide qu’annoncé, en raison de phénomènes complexes de regel d’une partie de l’eau de fonte jouant un rôle « tampon » en contrebalançant les effets directs du réchauffement atmosphérique dans la région.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished